环境功能材料4活性炭
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环境功能材料好书-回复环境功能材料好书的选择与推荐导语：在现代社会中，环境问题日益突出，环保意识也日益普及。
环境功能材料作为一种能够有效改善环境质量和实现循环利用的材料，具有重要的实践应用价值。
本文将从环境功能材料的定义、分类、优势等方面，推荐几本与环境功能材料相关的好书。
一、环境功能材料的定义环境功能材料是指在既满足材料本身主要功能的基础上，在特定条件下具有一定环境功能的新型材料。
二、环境功能材料的分类1. 吸附类材料：例如活性炭、纳米材料等。
这类材料能够吸附空气中的有害物质，如甲醛、苯等有机污染物以及PM2.5等颗粒物。
2. 光催化材料：例如二氧化钛等。
这类材料能够利用光能将空气中的有害物质进行光催化分解，从而净化空气。
3. 抗菌材料：例如银离子材料等。
这类材料具有抑制细菌、病毒生长的作用，可以应用于医疗器械、食品包装等领域。
4. 智能感应材料：例如温度敏感材料、湿度敏感材料等。
这类材料能够根据环境变化自动调整材料的性能，如温度敏感材料在低温下较硬而在高温下变软，可以用于智能家居领域。
三、环境功能材料的优势1. 可持续利用：环境功能材料多以可再生材料或废弃物为原料制成，可有效降低资源消耗和环境压力。
2. 环境友好：环境功能材料制备过程中无需使用大量的有害化学物质和高能耗，对环境的污染较小。
3. 低成本高效性：环境功能材料的制备工艺相对简单，成本较低，且在环境净化、抑菌等方面具有较高的效果。
四、好书推荐1. 《环境功能材料制备与应用》本书由刘海川、田岳等合著，以环境功能材料的制备与应用为主题，详细介绍了各种环境功能材料的制备方法、性能及应用领域。
该书内容丰富全面，既有理论知识，也有实际应用案例，适合从事环境工程和新材料研发的专业人士阅读。
2. 《环境功能材料设计与制备》本书由黄琦、刘彩云等编著，主要讲述了环境功能材料的设计与制备原理、技术和方法。
内容涵盖了各种功能材料的设计理念、制备工艺以及性能评价指标等方面。
活性碳的使用和作用
活性碳的使用和作用活性炭具有一种强烈的“物理吸附”和“化学吸附”的作用，可将某些有机化合物吸附而达到去除效果，利用这个原理，我们就能很快而有效地去除水族箱水质中的有害物质、臭味以及色素等等，使水质获得直接而迅速的改善。
水族市场出售有多种活性炭产品，许多水族爱好者很难辨别它们的好坏。
有的产品根本只是木炭而已，无法有效地去除有害物质，这种从表面上看起来象木炭的产品，通常具有光泽，最好不要购买。
好的活性炭产品是经过“活化处理”的，所谓“活化处理”是指在制造过程中，将活性炭的孔隙率给予显著地提高，使其更具吸附力。
但是产品是否有经过“活化处理”用肉眼是很难辩识的，通常只能根据产品的特性说明去判断。
此外，在选购时请记住颗粒愈小，效果愈好。
因为它的总表面积愈大，孔隙愈多。
但颗粒也不可太细而成粉末状，以免造成使用上的不便，影响到过滤器的过滤流量。
一般以粒度约为直径1mm较佳。
活性炭虽然可用予去除水质中的悬浮物，但它的空隙很快就会被悬浮物堵塞，而失去原来的功效。
所以应该把它放置在过滤棉的下面，让过滤棉先处理掉水质中的悬浮物后，过滤棉无法处理的可溶性有害物质再交由活性炭来处理，但为防止颗粒太小的活性炭随着滤水的尾程流入水族箱内，也为了以后能方便地更换，最好是将它作为第二层过滤材料来放置，而将其他的过滤材料，诸如：生物过滤球、陶瓷圈等等放置其下。
炭或木炭有不同等级，并非都完全适合于水族箱过滤。
一些碳会把水变成强碱性，是为海水水族箱特别设计的。
碱反应的程度可以通过测试水样在加碳前和加碳后的pH而得知。
其他等级的碳未被适当的激活，有时，甚至一般木材烧成的木炭也卖给养观赏鱼的人使用。
一种检测碳活性的方法是配制一些较弱的亚甲基兰溶液，优质碳完全吸收后留下的水是干净的；劣质碳由于活性不足，所以不能把色素完全去除。
这种反应过程是：先把碳放在高温里烘干，让颗粒上的小毛孔扩张，以便和水的接触面达到最大程度。
这种高温处理还能激活碳的表面，使之确实能够吸收一些特定物质。
环境功能材料
环境功能材料环境功能材料是指能够在保护环境、改善生态、减少污染等方面起到重要作用的材料。
随着人们环保意识的提高和对环境问题的关注，环境功能材料的研发和应用也越来越受到重视。
以下是几种常见的环境功能材料及其应用。
第一种是环保建材。
环保建材是指在建筑施工过程中使用的材料，它们对环境污染少、能够节约能源、降低废弃物的产生等。
例如，利用可回收材料生产的防水材料、保温材料等；利用环保水泥和绿色建筑材料等。
第二种是环保包装材料。
随着人们对包装材料的环保性要求越来越高，环保包装材料的研发和应用也日益增多。
例如，利用可降解材料制作的生物降解塑料包装、纸盒包装等；利用可回收材料制作的环保瓶盖、环保袋等。
第三种是环保能源材料。
环保能源材料是指能够有效利用并减少对环境的污染的能源材料。
例如，太阳能电池板和风力发电机等可再生能源材料；利用海洋动力和密封型氢气储存技术等减少对化石能源的依赖。
第四种是环保过滤材料。
环保过滤材料是指可以过滤废水、废气等污染物，减少或消除其对环境的污染的材料。
例如，利用活性炭和陶瓷膜等材料制作的水处理滤芯、废气处理滤芯等；利用生物降解材料制作的油水分离膜、空气净化过滤器等。
环境功能材料的应用范围十分广泛。
在建设领域，环保建材能够减少建筑废弃物的产生，降低能耗，提高室内环境质量。
在包装领域，环保包装材料能够减少包装废弃物的产生，降低对环境的影响。
在能源领域，环保能源材料能够减少对化石能源的使用，并且发电过程中无排放物排放。
在环保领域，环保过滤材料能够有效去除废水和废气中的污染物，降低对水源和空气的污染。
总之，环境功能材料在保护环境、改善生态、减少污染等方面发挥着重要作用。
随着科技的进步和人们环保意识的不断提高，相信环境功能材料将在未来得到更广泛的应用，并为人类创造一个更美好的环境。
活性炭的特性,作用原理及其应用[1]
![活性炭的特性,作用原理及其应用[1]](https://img.taocdn.com/s3/m/2f3269c4aa00b52acec7ca04.png)
活性炭的特性，作用原理及其应用活性炭介绍活性炭是以优质椰子壳、核桃壳、杏壳、桃壳为原料，经系列生产工艺精制而成，外观呈黑色颗粒状。
优点是孔隙结构发达，比表面积大，吸附性能强，库层阻力小，化学性能稳定，易再生。
适用于高纯度的生活饮用水、工业用水和废水处理的深度净化脱氯、脱色、除臭和黄金提炼等方面。
活性炭是一种多孔性的含炭物质, 它具有高度发达的孔隙构造, 是一种极优良的吸附剂,每克活性炭的吸附面积更相当于八个网球埸之多. 而其吸附作用是藉由物理性吸附力与化学性吸附力达成. 其組成物质除了炭元素外，尚含有少量的氢、氮、氧及灰份，其結构则为炭形成六环物堆积而成。
由于六环炭的不规则排列，造成了活性炭多微孔体积及高表面积的特性。
活性炭可由许多种含炭物质制成，这些物质包括木材、锯屑、煤、焦炭、泥煤、木质素、果核、硬果壳、蔗糖浆粕、骨、褐煤、石油残渣等。
其中煤及椰子壳已成为制造活性炭最常用的原炓。
活性炭的制造基本上分为两过程，第一过程包括脱水及炭化，将原料加热，在170至600℃的温度下干燥，並使原有的有机物大約80％炭化。
第二过程是使炭化物活化，这是经由用活化剂如水蒸汽与炭反应来完成的，在吸热反应中主要产生由CO及H2组成的混合气体,用以燃烧加热炭化物至适当的溫度（800至1000℃），以烧除其中所有可分解的物质，由此产生发达的微孔結构及巨大的比表面积，因而具有很强的吸附能力。
活性炭的孔隙按孔径的大小可分為三类。
大孔：半径1000 - 1000000 A。
过渡孔：半径20 - 1000 A。
微孔：半径- 20 A。
由不同原料制成的活性炭具有不同大小的孔径。
由椰壳制的活性炭具有最小的孔隙半径。
木质活性炭一般具有最大的孔隙半径，它们用於吸附较大的分子，並且几乎专用于液相中。
在都市給水处理领域中使用的第一种类型之粒状活性炭即是用木材制成的，称为木炭。
煤质活性炭的孔隙大小介於两者之间。
在煤质活性炭中，褐煤活性炭比无烟煤活性炭具有较多的过渡孔隙及较大的平均孔径，因此能有效地除去水中大分子有机物。
活性炭吸附中的传质机理
活性炭吸附中的传质机理活性炭是一种广泛应用于环境保护领域的功能材料，它通常被用来吸附各种有机和无机物。
活性炭的吸附机理非常重要，因为它关系到物质在炭表面吸附和解吸的速率。
而传质机制则是活性炭吸附机理的核心之一。
传质机制是指，从液相到炭粒表面的质量转移过程。
它是有机物或无机物被吸附到活性炭表面的关键步骤。
传质机制所涉及的物理化学过程包括：传递、扩散、溶解、反应和渗透。
这些过程导致物质从液相进入活性炭中，最终形成吸附层。
传递是指物质在液相和固相(活性炭)之间的移动。
它是物质分配在两相之间的第一步，在传质过程中起到了重要的作用。
传递可以通过对流、润湿和静电效应实现。
扩散是一种质量转移的过程，它会导致物质从液相中向固相移动。
扩散是吸附过程中最重要的传质机制之一。
它通常依赖于物质的浓度梯度和温度，扩散调控了吸附的能力。
此外，竞争吸附也会影响扩散速度。
溶解是指液相中固体物质的溶解行为。
这种传质机制在液相中往往是非常重要的。
当活性炭暴露在有机物溶液中时，有机物将溶解到液相中。
这种物质在液相和固相之间的移动被称为物质进行气体-液体平衡。
反应是活性炭去除污染物的过程中发生的过程之一。
当吸附剂与污染物接触时，化学反应可能发生在活性炭的表面，而此过程也可以被视为一种传质机制。
活性炭中的一些表面官能团可能会吸附有效的分子，同时反应效果可能会受到溶液中氧气含量、温度、pH等各种参数的影响。
渗透是指液相渗透到固相的过程。
液相通常沿着液膜和气膜穿过两相界面，然后进入活性炭中。
这种传质机制的影响取决于温度和渗透压。
鉴于传质机制在吸附过程中的重要性，了解活性炭中的传质机制对工程实践的意义是巨大的。
通过了解传质机制的性质和特点，我们可以开发更高效的吸附剂，提高吸附效率，减轻对环境的污染。
总的来说，传质机制在活性炭吸附过程中是至关重要的。
它们决定了物质从液相到固相的质量转移物质的速度和效率，并最终形成吸附层。
了解这些传质机制，可以为设计、制造、改进和开发新型吸附剂提供有益的指导和理论基础。
环境功能材料在水处理中的应用
环境功能材料在水处理中的应用一、引言水是人类生存的基本需求，但随着人口的增加和工业化的发展，水污染问题日益严重。
因此，水处理技术变得越来越重要。
环境功能材料是近年来兴起的一种新型材料，具有良好的吸附、催化和分离等性能，在水处理中得到了广泛应用。
二、环境功能材料概述环境功能材料是指在特定条件下能够完成特定功能的材料，包括吸附剂、催化剂、分离膜等。
这些材料具有很好的选择性和高效性，在环境治理中起到了重要作用。
三、环境功能材料在水处理中的应用1. 吸附剂吸附剂是一种能够将污染物质从水中吸附到其表面上去除的材料。
常见的吸附剂有活性炭、纳米氧化铁等。
这些材料具有大比表面积和良好的亲水性，可以有效地去除有机物和重金属离子等污染物。
2. 催化剂催化剂是一种能够加速反应速率并提高反应选择性的材料。
在水处理中，常用的催化剂包括氧化铁、钛酸盐等。
这些材料可以将污染物质氧化成无害物质，如将有机物氧化成CO2和H2O等。
3. 分离膜分离膜是一种能够将水中的物质分离出来的材料，包括微孔膜、纳滤膜、超滤膜等。
这些材料具有不同的孔径和通透性，在水处理中可以实现对不同大小的颗粒和离子的分离。
四、环境功能材料在水处理中的案例分析1. 活性炭吸附剂在饮用水处理中的应用活性炭是一种常见的吸附剂，在饮用水处理中得到了广泛应用。
例如，在中国南方某市，采用活性炭吸附剂对地下水进行治理，去除了其中含量较高的有机物和重金属离子。
2. 纳米氧化铁吸附剂在废水处理中的应用纳米氧化铁是一种新型吸附剂，在废水处理中具有很好的去除效果。
例如，在某化工厂的废水处理中，采用纳米氧化铁吸附剂将其中的有机物去除，去除率达到了90%以上。
3. 氧化铁催化剂在污水处理中的应用氧化铁催化剂是一种常见的催化剂，在污水处理中也得到了广泛应用。
例如，在某市污水处理厂，采用氧化铁催化剂将其中的有机物氧化成无害物质，提高了出水质量。
五、总结环境功能材料在水处理中具有广泛的应用前景。
活性炭的结构与功能
活性炭的结构与功能
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综上所述，活性炭的 应用前景广阔，但也
面临着一些挑战
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需要加动活性炭的广泛应用和发展
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活性炭的结构与功能
活性炭的制备方法
活性炭的制备主要分为两步：炭化和活化。以下是几种常见的制备方法
气体活化法：将 含碳原料(如煤、 木材等)在高温下 进行炭化，然后 与气体(如二氧化 碳、水蒸气等)反 应，生成具有高 比表面积的活性 炭
液体活化法：将 含碳原料与酸、 碱等液体反应， 生成具有高比表 面积的活性炭
活性炭的结构与功能
活性炭的再生与循环使用
由于活性炭具有较高的吸附能力，在使用过程中会逐渐饱和，失去吸附效果。为了延长活 性炭的使用寿命，需要进行再生或循环使用。以下是几种常见的再生方法
热再生：将饱和的活性炭在高温 下进行加热处理，使其脱附再生
化学再生：利用化学试剂(如氢氧化钠 、盐酸等)对饱和的活性炭进行再生处 理
物理活化法：将 炭化后的材料进 行高温处理，通 过改变其物理性 质(如孔结构和比 表面积等)来提高 其吸附性能
化学活化法：将 含碳原料与化学 试剂(如氯化锌、 磷酸等)混合，生 成具有高比表面 积的活性炭
活性炭的结构与功能
活性炭的改性方法
为了提高活性炭的吸附性能和扩大其应用范围，常常需要对活性炭进行改性。以下是几种 常见的改性方法
活性炭的结构与功能
目前活性炭的再生技术还存在一些问题，如再生效率不高、再生后 性能下降等。对此，需要加强再生技术的研究和开发，提高再生效 率和再生后活性炭的性能
活性炭的生产和使用过程中可能会产生一些污染，如废气、废水等。对此，需要加强环保管理，采 取有效的环保措施，减少对环境的影响
优质颗粒活性炭用途
优质颗粒活性炭用途优质颗粒活性炭是一种多孔性吸附材料，具有很大的比表面积和强大的吸附能力。
它广泛应用于各个领域，以下是其主要用途：1. 水处理：优质颗粒活性炭是水处理领域的重要材料之一。
它可以去除水中的有机物、异味、色素、重金属等物质，使水质变得清澈透明，达到饮用水的标准。
在自来水厂、工业废水处理厂和家用过滤器中都广泛使用。
2. 空气净化：优质颗粒活性炭可以吸附空气中的甲醛、苯、二氧化硫等有害气体，同时去除异味。
它被广泛应用于室内空气净化器、空调系统和汽车空气净化器中，提供洁净的空气环境。
3. 呼吸防护：优质颗粒活性炭也被用于呼吸防护领域。
例如，在医院手术室和工业有毒气体环境中，人们可以通过佩戴活性炭口罩来过滤空气中的细菌、病毒和有害气体，保护呼吸道健康。
4. 食品加工：优质颗粒活性炭可以用于食品加工过程中的脱色和脱臭。
例如，在糖厂中，它可以去除糖浆中的杂质和颜色，使糖的质量更好；在食品罐头加工中，它可以去除食品中的异味，延长食品的保质期。
5. 医药领域：由于其良好的吸附性能，优质颗粒活性炭在医药领域也有广泛的应用。
它可以用于治疗中毒、过敏和肠胃疾病，例如吸附药物中的毒素和有害物质，减轻病痛和不适。
6. 环境保护：优质颗粒活性炭可以用于环境修复和废气净化。
例如，在工业废水处理中，可以使用活性炭去除水中的有机物和重金属；在工业废气治理中，可以利用活性炭吸附废气中的挥发性有机物和有害气体。
7. 饲料添加：优质颗粒活性炭还可以用作饲料添加剂，改善畜禽饲料中的品质。
它可以吸附饲料中的霉菌产生的毒素和异味，提高饲料利用率和动物健康。
总之，优质颗粒活性炭具有广泛的应用领域，从水处理、空气净化到食品加工、医药领域，甚至是环境保护和饲料添加等方面都有重要的作用。
它的出色吸附性能和多孔结构使其成为一种得到广泛赞誉的功能材料。
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❖ 20年代初期在欧洲，活性炭的用途已扩大到矿物油、 植物油和化学药品的精制。
❖ 1926年以后，活性炭制法研究集中在荷兰，而理论方 面研究集中在德国。
❖ 1929年以后，在美国开始把粉状活性炭用于水处理(每 年2000-3000 t)。这时原料使用相当广泛，扩展到用果 壳、核、泥煤等。活化方法也多种多样，理论研究进 一步深化。
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❖ 1938年布朗诺尔、埃米特、泰勒(Brunauer, Emmett, Teuer) 3人在朗格谬尔(Langmuir)动力学 吸附理论的基础上，提出了多分子层吸附理论(简称 BET理论)和著名的BET方程。
❖ 1943年美国匹斯堡活性炭公司(现在的Calgoh公司) 首次采用烟煤压块、水蒸气活化工艺制造军用活性 炭。
果壳（果核）活性炭：以椰子壳、橄榄壳、核桃壳、杏 核等制成的活性炭。
• (2)、矿物质原料活性炭
煤质活性炭：以褐煤、泥煤、烟煤、无烟煤 石油类活性炭：以沥青等为原料炭。
• (3)、其它原料的活性炭
含碳的有机废料和农业副产品，例如稻壳、稻草、甘蔗渣、 纸浆废液、塑料、合成树脂等
• (4)、再生活性炭： （Reactivated Carbon）,与原活性炭
❖ 第二阶段:扩大原有孔隙。在此阶段，暴露出来的基本微晶表面上的C原 子与活化气体发生氧化反应被烧失，使得打开的孔隙不断扩大、贯通及 向纵深发展。
❖ 第三阶段:形成新的孔隙。微晶表面C原子的烧失是不均匀的，同炭层平 行方向的烧失速率高于垂直方向，微晶边角和缺陷位置的C原子即活性 位更易与活化气体反应。同时，随着活化反应的不断进行，新的活性位 暴露于微晶表面，于是这些新的活性点又能同活化气体进行反应。微晶 表面的这种不均匀的燃烧不断地导致新孔隙的形成。
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气体活化过程中的化学反应
❖ C+2H2O一2 H2 + CO2一79. 6kJ ❖ C十H2O一H2 +CO一542. lkJ ❖ C+CO2一2CO一712. 7kJ
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(2) 化学药剂活化
❖ ZnCl2氯化锌法 ❖ 原料与浓氯化锌溶液进行混台，让氯化锌浸渍，
然后在回转炉中隔绝空气加热~600-700℃，由于 氯化锌的脱水作用，原料里的氢和氧主要以水蒸 气的形式放出，形成多孔性结构发达的炭。
(Virgin Active Carbon)相区分。
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活性炭制备方法
(1)、气体活化（炭化+活化）
采用水蒸气、烟道气(主要成分为C02)、空气等含氧气体或混合 气体作为活化剂。
炭化：分解反应、氧键断裂反应，脱氧反应。链状分子、
芳香族分子经过炭化形成三向网状结构的炭化物。
活化：炭化物的吸附能力低，细孔被杂质堵塞等原因所
和D-A (Dubinin-Astakhor)方程
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体积填充理论
❖ 吸附剂的孔按规定分为大孔 ( > 5 0 n m )、中孔 ( 2 ~ 5 0nm )和微孔 ( < 2n m )。蒸气在大孔中的吸附 可用 B E T 多分子层吸附理论描述 ;在中孔中,可认 为先进行多分子层吸附再进行毛细冷凝 ;在微孔中 的吸附 ,一般用杜宾宁D ub i n i n等的微孔容积填充 理论 ( T V F M )描述。
0.175mm的活性炭通称粉状活性炭或粉状炭。 ❖ 粉状活性炭是非常微细的粉末，绝大部分可通
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❖ 粉末活性炭
❖ 颗粒活性炭
❖ 纤维编活辑课性件 炭
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活性炭雕
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比较碳与炭的区别：
“碳”：是元素的名称，是核电荷数为6的一 类原子的总称。比如：碳元素、碳单 质、含碳化合物、一氧化碳。
“炭”： 表示由碳元素组成的某种物质—木炭、 活性炭、焦炭、炭黑等。 炭是黑炭类的统称：
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活性炭工业历史与现状
❖ 长沙马王堆出土的汉墓木椁用木炭来吸潮、防腐， ❖ 明朝李时珍在《木草纲目》中记述果核烧炭可治疗腹泻和肠
胃病。 ❖ 1785年，洛维茨证实木炭能使某些液体脱色。这一发现导致
木炭于1794年在英国精制糖厂中首次获得工业应用。 ❖ 1913年用氯化锌活化法生产出防毒面具用的粒状活性炭。
❖ 与之类似的还有KOH编、辑课H件3PO4等。
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（3）、气体、药剂联合法
❖ 不同的原料+不同制备方法的组合可以对活性炭 的孔隙结构进行调控，从而制取许多性能不同的活 性炭。这种联合方法是许多年来及今后相当长时期 内世界各国活性炭工作者非常关注的活性炭制取方 法。
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活性炭的外观分类
❖ （1）、粉状活性炭 一般将90%以上通过80目标准筛或粒度小于
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目前活性炭的发展
❖ 为保护环境和节省能源，活性炭用途已扩大 到空气净化、废水处理、香烟滤嘴、制糖等 方面。
❖ 原料来源转向煤、石油。目前其中以煤为原 料加工制成的活性炭占60%以上。
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活性炭的理论发展
❖ 吸附理论和空隙结构研究 ❖ 体积填充理论 ❖ 计算活性炭孔分布的D-R ( Dubinin-Radushkevioh)
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微孔容积填充理论
❖ 绝大多数吸附理论均认为吸附过程发生在吸附剂表 面。但是,对有些微孔介质(如活性炭等),其孔径尺寸 与被吸附分子的大小相当,吸附则可能发生在吸附剂 的内部空间,即吸附是对微孔容积的填充而不是表面 覆盖。
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活性炭原料
• (1)、木质活性炭：以木屑、木炭等制成的活性炭。
活性炭
❖ 第一节 、活性炭的概述
❖ 第二节、活性炭的微观结构
❖ 第三节、活性炭的吸附性能
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第一节 、活性炭的概述
❖ 活性炭（AC: activated carbon）是由含碳材料制成 的外观呈黑色，内部孔隙结构发达、表面积大，吸 附能力强的一类微晶质碳素材料。
❖ 表观密度约0.08～0.45。含碳量10%～98%。
致．活化阶段：900℃下暴露于氧化性气体介质中，除去被吸 附质，使被堵塞的细孔开放；并使细孔和通路扩大。
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活化具体过程
❖ 第一阶段:开放原来的闭塞孔。即高温下，活化气体首先与无序碳原子及 开，将基本微晶表面暴露出来。