活性炭的应用及发展

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制备工艺流程如下： 制备工艺流程如下：
煤沥青或石油渣油
调制
高软化点沥青
球形化 添加剂
沥青球
球型活性炭
碳化， 碳化，活化 活化剂， N2+活化剂，≥900℃ ℃
不熔化 沥青球
不熔化 氧化介质 250~400℃ ℃
制备方法：压条成球法、介质分散法、喷雾法、 制备方法：压条成球法、介质分散法、喷雾法、 反响乳液法和热缩聚法、乳液法、悬浮法等。 反响乳液法和热缩聚法、乳液法、悬浮法等。 应用：化工，石化，医药、防毒防护、 应用：化工，石化，医药、防毒防护、能源环 保等领域。 保等领域。
分类
1（按孔径） （按孔径） 气相吸附 微孔（ 微孔（r < 2 nm） ） 中孔（ 中孔（2 nm < r < 50 nm） 液相吸附，催化剂载nm） 作为通道 ） 5
2 按形状分
3 按原料分
（a）植物类原料活性炭：木材、椰壳、核 ）植物类原料活性炭：木材、椰壳、 桃壳、杏核、竹材、稻草等。 桃壳、杏核、竹材、稻草等。
活性炭的发展及应用
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主要内容
一、活性炭的简介 二、活性炭的制备 三、活性炭的表征 四、活性炭的应用 五、新型的碳材料
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一、活性炭的简介
活性炭是一种多孔炭材料， 活性炭是一种多孔炭材料，具有高度发达的孔 隙结构和巨大的比表面积，吸附能力强、 隙结构和巨大的比表面积，吸附能力强、化学 稳定性好、机械强度高、 稳定性好、机械强度高、使用失效后易再生等 特点。广泛应用化学工业、食品加工、 特点。广泛应用化学工业、食品加工、医疗卫 生、农业、国防等领域 。 农业、
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我国活性炭工业生产起步于20世纪 年代 我国活性炭工业生产起步于 世纪50年代，80 世纪 年代， 年代以后发展迅速，主要以煤质活性炭为主。 年代以后发展迅速，主要以煤质活性炭为主。我国 目前有中小型活性炭生产企业1 余家， 目前有中小型活性炭生产企业 000余家，活性炭产 余家 量占世界产量的三分之一， 量占世界产量的三分之一，已成为世界上最大的活 性炭生产国， 年生产量达到35万吨 性炭生产国，2007年生产量达到 万吨，出口量 年生产量达到 万吨，出口量25 万吨。 万吨。 但是我国活性炭行业在制造技术上不如欧美国 存在生产规模小、产品质量参差不齐、 家，存在生产规模小、产品质量参差不齐、资源浪 等问。 费等问。
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② 成型活性炭的制备方法
以碳质前驱物为原料制备成型活性炭
原料预处理 后处理 成型 产品 碳化、 碳化、活化
特点：该种方法制备的成型活性炭， 特点：该种方法制备的成型活性炭，骨架易遭 到破坏，难以制的高比表面积的成型活性炭。 到破坏，难以制的高比表面积的成型活性炭。
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以粉状活性炭为原料制备成型活性炭
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这些特点使其在催化剂载体、储氢材料、 这些特点使其在催化剂载体、储氢材料、 超级电容、 超级电容、锂离子二次电池和隐形材料等领域 都得到广泛的研究。 都得到广泛的研究。 制备方法：气相氧化法、 制备方法：气相氧化法、液相氧化法和固相氧 化法。 化法。 无论那一种方法， 无论那一种方法，都是将碳纳米管经活化 处理及后处理得到活性炭纳米管。 处理及后处理得到活性炭纳米管。
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（b）矿物类原料活性炭 煤、石油焦、煤焦 ）矿物类原料活性炭:煤 石油焦、 煤沥青、石油残渣、石油沥青等。 油、煤沥青、石油残渣、石油沥青等。 (c)其他原料活性炭：塑料类、纸浆废液、旧 其他原料活性炭： 其他原料活性炭 塑料类、纸浆废液、 轮胎、动物骨、蔗糖、糖蜜等 轮胎、动物骨、蔗糖、糖蜜等。
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（3）微观结构结构 SEM和TEM。 ） 和 。 （4）理论模型 ）
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（5）性能检测指标 ）
物理性能：活性炭的水分含量、灰分含量、 物理性能：活性炭的水分含量、灰分含量、强 粒度分布、表观密度、漂浮率、着火点、 度、粒度分布、表观密度、漂浮率、着火点、 挥发分含量等 。 吸附性能：包括水容量、亚甲基蓝吸附值、碘 吸附性能：包括水容量、亚甲基蓝吸附值、 苯酚吸附值、四氯化碳吸附⁄脱附率 脱附率、 值、苯酚吸附值、四氯化碳吸附 脱附率、饱和 硫容量、防护时间等。 硫容量、防护时间等。 化学性能:元素组成（含工业分析、元素分析、 化学性能 元素组成（含工业分析、元素分析、 元素组成 和有害杂质分析），表面氧化物，泽塔电位等。 ），表面氧化物 和有害杂质分析），表面氧化物，泽塔电位等
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②活化机理
（3）其他活化法：如物理-化学法，模板法等。 ）其他活化法：如物理-化学法，模板法等。
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(4)成型活性炭的制备 成型活性炭的制备
由于活性炭的“螺层状结构” 由于活性炭的“螺层状结构”，平面层之间 都是以分子间力相互结合，因此， 都是以分子间力相互结合，因此，活性炭的 耐磨损度、耐压强度都很差。 耐磨损度、耐压强度都很差。 ①成型活性炭的优点 （1）具有一定的形状和尺寸，易于调变和加 ）具有一定的形状和尺寸， 工。 （2）密度和强度较高，无粉尘污染。 ）密度和强度较高，无粉尘污染。 （3）单位体积的吸附量远高于粉状活性炭 ）
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（一）组成、结构与性质 组成、
组成
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结构及孔的形状
结构：活性炭是非晶体物质， 结构：活性炭是非晶体物质，由排列成六边形的 碳原子平面层组成， 碳原子平面层组成，这些平面层的排列不是类似 于石墨的结构，而是杂乱且无规律地排列成“ 于石墨的结构，而是杂乱且无规律地排列成“螺 层状结构” 层状结构”。 孔的形状：圆筒孔、狭缝孔、圆锥孔、 孔的形状：圆筒孔、狭缝孔、圆锥孔、锥形狭缝 孔、墨水瓶孔
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三、活性炭的表征、分析与检测 活性炭的表征、
（1）孔径分布 ）
主要用于测定较大的中孔和大孔， 压汞法 主要用于测定较大的中孔和大孔，并 可确定这部分孔的孔径分布。 可确定这部分孔的孔径分布。 毛细管凝聚法 是物理吸附法中测定孔径分布 最常用的一种方法。 最常用的一种方法 用来测微孔， 的氮气吸附。 分子吸附法 用来测微孔，如77K的氮气吸附。 的氮气吸附
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五、新型的碳材料
（一）活性炭微球 球形活性炭是20世纪 年代后期由日本、 世纪70年代后期由日本 球形活性炭是 世纪 年代后期由日本、美 国、联邦德国和苏联等工业发达的国家研制 开发成功的一种高档活性炭新品种， 年代 开发成功的一种高档活性炭新品种，80年代 后后期逐渐进入工业化阶段。 后后期逐渐进入工业化阶段。
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（1）在液相吸附中的应用 ）
活性炭在液相中主要用于包括水处理、 活性炭在液相中主要用于包括水处理、食 品工业脱色及贵金属回收等。其中， 品工业脱色及贵金属回收等。其中，水处理主 要应用在饮用水的净化、废水处理、 要应用在饮用水的净化、废水处理、工业用水 处理这三大方面。 处理这三大方面。
（2）在气相吸附中的应用 ）
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球形活性炭具有均匀的球形外表，表面光滑、 球形活性炭具有均匀的球形外表，表面光滑、 力学强度高、比表面积大、耐磨损、耐腐蚀， 力学强度高、比表面积大、耐磨损、耐腐蚀， 长期使用掉屑少，产品杂质含量低等优点。 长期使用掉屑少，产品杂质含量低等优点。 日本大阪瓦斯公司以中间相沥青为原料微球为 原料， 为活化剂， 原料，以KOH为活化剂，制的比表面积高达 为活化剂 3000~4600m2⁄g的超高比表面积活性炭微球。 的超高比表面积活性炭微球。 的超高比表面积活性炭微球 制备球型活性炭的原料有： 制备球型活性炭的原料有：煤、高分子和沥青。 高分子和沥青。 其
粉状活性炭 粘结剂 成型活性碳 后处理 混合 压缩成型 加热处理
该方法是制备高性能成型活性碳所必须的方法
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粘合剂的分类
有机类粘结剂：腐植酸及其钠盐、 有机类粘结剂：腐植酸及其钠盐、黏结性木 质素、煤焦油、 质素、煤焦油、聚乙烯醇及其衍生物和酚醛 树脂等。 树脂等。 用有机粘合剂易得到比表面积较高的成型活 性炭，但是其机械强度不是很好。 性炭，但是其机械强度不是很好。 无机粘合剂：氧化铝、二氧化钛，硅酸盐、 无机粘合剂：氧化铝、二氧化钛，硅酸盐、 蒙脱土等。 蒙脱土等。
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无机类物质作为黏结剂，可以大幅提高 无机类物质作为黏结剂，可以大幅提高 成型活性炭的机械强度，但添加量较少， 成型活性炭的机械强度，但添加量较少，则 不能成型；而添加量过多， 不能成型；而添加量过多，又会导致成型活 性炭中炭含量减少，比表面积下降。因此， 性炭中炭含量减少，比表面积下降。因此， 该类方法适合生产某些具有特殊吸附性能 具有特殊吸附性能的 该类方法适合生产某些具有特殊吸附性能的 成型活性炭。 成型活性炭。 总的来说， 总的来说，成型活性炭的吸附性能和机 械强度是相互矛盾的， 械强度是相互矛盾的，要同时提高其吸附性 能和机械强度是十分困难的。 能和机械强度是十分困难的。
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（2）表面化学性质 ）
活性炭表面可能含有酸性、碱性、中性基团， 活性炭表面可能含有酸性、碱性、中性基团， 羧基、羟基、 最常见的基团是 羧基、羟基、内酯基和酚羟 基。 常用的测定方法有： 常用的测定方法有： Boehm滴定、零电荷点（PZC) 、X射线光电 滴定、零电荷点（ 射线光电 滴定 子能谱(XPS)、 傅里叶变换红外光谱（FT子能谱 、 傅里叶变换红外光谱（ IR ） 和热重分析。 和热重分析。
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四、活性炭的应用
活性炭作为优良的吸附剂，常用于水体净化、 活性炭作为优良的吸附剂，常用于水体净化、 空气的净化、工业废气回收、 空气的净化、工业废气回收、贵重金属的回 收及提炼等。其应用范围涉及化学工业、 收及提炼等。其应用范围涉及化学工业、食 品加工、医疗卫生、农业、国防等领域、 品加工、医疗卫生、农业、国防等领域、催 化及电化学电源， 化及电化学电源，在环境保护和人类生活中 起着重要作用。 起着重要作用
活性炭在气相吸附中的应用主要包烟道气、 活性炭在气相吸附中的应用主要包烟道气、 工业废气的处理和净化、生活空气净化、 工业废气的处理和净化、生活空气净化、油 气回收及毒气防护等。 气回收及毒气防护等。