活性炭制备方法、分类、应用综述

1.水处理
• 5 活性炭对CrVI的吸附
• 随着电镀业的迅猛发展大量的电镀废水对人类环境造成 越来越严重的危害。在含铬电镀废水中含有大量CrVI 如 不经处理直接排放将严重污染人类赖以生存的环境。活 性炭有非常发达的微孔结构和较高的比表面积具有极强 的物理吸附能力能有效地吸附废水中的CrVI，同时活性 炭的表面存在大量的含氧基团如羟基一OH、羧基一 COOH等它们都有静电吸附功能对CrVI产生化学吸附作用 完全可以用于处理电镀废水中的CrVI。 研究表明 对于 pH值为4-55O mLCrVI浓度为100 mg/L的废水 当活性炭用 量为2 g时通过1 h的振荡吸附 出水CrVI浓度为038 mgL达 到了污水排放综合标准GB89781996中CrV1的最高允许排 放浓度要求。
1.水处理
• 3 活性炭处理染料废水
• 纺织工业的发展带动了染料生产的发展调查表明全世界 每年生产的染料超过700000 t，其中2 %以废水的形式直 接进入水体排出，10%在随后的纺织染色过程中损失。 染料废水成份复杂，水质变化大，色度深，浓度大 ，处 理困难，水中的色度影响水生植物的光合作用从而破坏 水中的生态平衡。活性炭巨大的比表面积使其能有效地 去除废水的色度。研究表明对初始浓度为30 mgL的甲基 橙、结晶紫、直接耐晒黑G和活性翠蓝溶液在pH7、粉 末活性炭的投加量为6 gL、吸附时间为2O min时4种染料 的去除率均在97-99对于初始浓度为250 mgL的酸性品红 、碱性品红和活性黑B一133染料废水当椰壳活性炭投加 量分别为08 、1O和20 吸附时间分别为35 h、6 h和1 7 h 时脱色率均超过97。
原料来源
木材原料
木制颗粒炭：化学法赋活 ，高吸附、低密度，应用 于气相吸附、溶剂回收、 催化剂载体等领域。
原料来源
木屑原料
木质粉状活性炭：化学法 赋活，高吸附、低密度， 应用于气相吸附、溶剂回 收、催化剂载体等领域。
原料来源
椰壳原料
椰壳活性炭：强度高，吸 附性能好、灰分低、使用 周期长
原料来源
2.溶剂回收
• 在碳氢化合物的排放规定中，有机溶剂在排气中的浓度 ，大体上都是在 50100ppm（体积）以下。最近，从保 护全球规模的环境出发，正在研究重新认识有害物质与 对其规定加以强化的问题。有机溶剂气体的回收装置或 者进行无害化处理的装置，是根据相应的规定设计制造 的。在规定的各种基准中，最初就有了作业环境基准。 它从劳动安全的立场出发，规定了处理有机溶剂及有害 物质的工厂、事业场所，必须遵守的空气中的有机溶剂 及有害物质浓度。
优质煤原料
煤质炭：物理法赋活，应 用于水处理、气相吸附、 溶剂回收、催化剂载体等 领域
原料来源
优质毛竹原料
竹炭：除作燃料外，竹炭 还可广泛应用于,可以运用 于农业,工业,电子,军事,医 疗卫生,环境保护,纺织等领 域。
外观形状分类
粉状活性炭
从表观上看粒度在1-150微 米之间的活性炭称之为粉 状活性炭
。
3.防毒面具
• 防毒面具作为一种防御性的保护器具问世几十年来，不 仅广泛应用于军事上，而且也是 我们科学实验在某些险 恶环境中从事工作的一个不可缺少的工具。
3.防毒面具
• 早在第一次世界大战的1915 年，欧洲各参战国军事力量相差无几，使战 争表面上处于 相持状态。德帝国主义为了在军事上取得进展，首先在战 场上施放了一种有毒气体——氯气， 使英法两国军队吃亏不小。为了惩罚 德军的这种行径，英法两国就以同样的方法“回敬”了 德军，一时间整 个欧洲战场毒气滚滚，一场化学战就这样开始了。
2.溶剂回收
• 近年来，随着各种工业的发展，使用溶剂的种类也越来 越多。以丙酮为首的各种溶剂，如甲苯、二甲苯等芳香 族溶剂，醇类、酯类以及甲基乙基甲酮（MEK），异丁 基甲基甲酮（MIBK）等溶剂，在合成纤维与合成树脂工 业、印刷业、纸加工业等领域中大量地使用着。
同时，各种产业部门还大量地使用着其他各种溶剂。如氟烃类 及氯烃类有机化合物，用于进行金属的脱脂洗涤及精密机器制 造业中的基盘类洗涤；环已烯酮用于磁记录媒体的制造；二氯 甲烷用于制造摄影胶片等。防止这些溶剂在使用过程中蒸发飞 散，进行回收及无害化处理，从节约资源或者改善劳动卫生条 件、保护地球环境方面来看，是必不可少的事情。
这些机械性质直接影响活性炭应用，例如：密度影响容器 大小；粉炭粗细影响过滤；炭粒粒度分布影响流体阻力和 压降；破碎性影响活性炭使用寿命和废炭再生。
化学特性
活性炭的吸附除 了物理吸附，还有化学吸附。活性炭的吸 附性既取决于孔隙结构，又取决于化学组成。 活性炭不仅含碳，而且含少量的化学结合、功能团开工的 氧和氢，例如羰基、羧基、酚类、内酯类、醌类、醚类。 这些表面上含有的氧化物和络合物，有些来自原料的衍生 物，有些是在活化时、活化后由空气或水蒸气的作用而生 成。有时还会生成表面硫化物和氯化物。在活化中原料所 含矿物质集中到活性炭里成为灰分，灰分的主要成分是碱 金属和碱土金属的盐类，如碳酸盐和磷酸盐等。
4.空气净化
木炭
活性炭
活性炭的孔结构
吸附原理
活性炭吸附器是将水中悬浮状态的污染物进行截留的过 程，被截留的悬浮物充塞于活性炭间的空隙。滤层孔隙 尺度以及孔隙率的大小，随活性炭料粒度的加大而增大 。即活性炭粒度越粗，可容纳悬浮物的空间越大。其表 现为过滤能力增强，纳污能力增加，截污量增大。同时 ，活性炭滤层孔隙越大，水中悬浮物越能被更深地输送 至下一层活性 炭滤层，在有足够保护厚度的条件下， 悬浮物可以更多地被截留，使中下层滤层更好地发挥截 留作用，机组截污量增加。
机械特性
⑴粒度：采用 一套标准筛筛分法，求出留在和通过每只筛 子的活性炭重量，表示粒度分布。 ⑵静观密度或堆密度：饮食孔隙容积和颗粒间空隙容积的单 位体积活性炭的重量。 ⑶体积密度和颗粒密度：饮食孔隙容积而不饮食颗粒间空隙 容积的单位体积活性炭的重量。 ⑷强度：即活性 炭的耐破碎性。 ⑸耐磨性：即耐磨损或抗磨擦的性能。
温度
物理吸附
化学吸附
分子间力即范 化学键合力 德华力
较差
较高
单层或多层
单层
≤4.9kJ/mol 83.7~418.7kJ/ mol
放热，低温利于 温度升高，吸
吸附
附速度加快
活性炭的概述
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、化学稳定性好、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、医疗卫生、农业、国防等领域 。
1.水处理
• 2 活性炭处理含汞废水
• 在氯碱工业中以汞为阴电极制造氯气和苛性钠聚氯乙 烯、乙醛、醋酸乙烯的合成工业均以汞作为催化剂 电子仪表工业也常用到汞 故这些行业均排放含汞废 水 。汞对人体有严重的毒害作用 其中甲基汞在人体
脑组织内积累侵入中枢神经系统破坏神经功能严重时 可导致死亡。活性炭能有效地吸附废水中的汞一些工 厂已经采用此法处理含汞废水但该法更适用于处理低 浓度的含汞废水。废水含汞浓度高时 可先进行一级 处理 降低废水中的汞浓度后再用活性炭吸附。将含 汞量在l mgL-2 mgL以下的废水通过活性炭滤塔排出水 含汞量可下降到001 mgL-005 mgL回收汞后活性炭可再 生并重复使用。
制备方法分类
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化学法活性炭
以ZnCl2,H3PO4,KOH 等为活化剂，化学活 化法制备的活性炭
制备方法分类
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物理法活性炭
以水蒸气，CO2等为活 化剂制备的活性炭
1.水处理
• 1 活性炭处理含氰废水
• 电镀工业、焦化工业、高炉煤气的洗涤、金银选矿等行 业都排放含氰废水。氰化物为剧毒物质对人类和鱼类的 危害极大。由于活性炭具有很大的比表面积故对含氰废 水也有较好的吸附处理效果。经试验表明对于某金矿含 氰废水 废水中的总氰化物以CN-计为38990 mgL当处理水 量为263 mL/g活性炭时CN-吸附量为1024 mgg出水CN-浓 度在O5 mgL以下吸附去除率达99.9 。另有研究表明用3 氯化铜或5硫酸铜浸泡活性炭后水洗晾干后再装柱 可提 高除氰效率2倍-3倍当控制进水pH值在6-9之间时CN-大 部分呈络合状态而活性炭对络合氰化物的吸附能力比对 简单氰化物的吸附能力强 。
活性炭吸附
目录 一、吸附概念 二、活性炭的简介 三、活性炭的制备
四、活性炭的应用
1.概述
• 吸附（定义）
一种物质从一相转移到另外一相的现象称为吸附 物质从流体相浓缩到固体表面
固—液界面上的吸附 固 汽界面上的吸附 吸附剂：具有吸附能力的固体物质。 吸附质：被吸附的物质。
作用力
选择性 吸附层 吸附热
*毒气战之父哈柏 1915年1月德国化学家哈柏向德国参谋总部建议用有毒的氯气来杀 伤敌人。德国参谋总部采纳了哈柏的建议3个月后哈柏的毒气罐就上战场了。在1915 年4月22日哈柏兴致勃勃地乘着飞机在伊普雷的上空观察氯气的杀伤效果。 不久德军又研制出了一种新的毒气——光气。光气的杀伤力比氯气大十倍。1917年7 月德军在伊普雷使用了被誉为“毒气之王”的芥子气。
吸附特性
活性炭是一种很细小的炭粒，有很大的表面积，而且炭粒 中还有更细小的孔——毛细管。这种毛细管具有很强的吸 附能力，由于炭粒的表面积很大，所以能与气体（杂质） 充分接触。活性炭经过活化后碳晶格形成形状和大小不一 的发达细孔，大大增加比表面积，提高吸附能力。活性炭 的细孔有效半径一般为1-10000nm，小孔半径在2nm以 下，过渡孔半径一般为2-100nm，大孔半径为10010000nm.小孔容积一般为0.15-0.90mL/g，过渡孔面积 一般为0.02-0.10mL/g； 大孔容积一般为0.2-0.5mL/g
外观形状分类
颗粒活性炭
从形状上可分为破碎状、 圆柱状、球状、中空微球 状等几种，有不定型颗粒 状和挤压成型柱状颗粒两 种，粒度在0.5-4mm之间
外观形状分类
破碎状活性炭
椰壳活性炭、煤质活性炭 属于此类。活性炭的外表 面因破碎而具有棱角
外观形状分类
纤维状活性炭
以纤维状的物质为原料制 成的活性炭。有丝状、布 状及毡状几种
一战时期制造的化 学炸弹
3.防毒面具
• 怎样使自己的士兵不被毒气伤害而更有效地消灭敌人 呢？这一严重而又急迫的问题摆 在各国军队的指挥者 面前。 能否找到一种物质来同时对付多种毒气以减轻 士兵的负担而赢得战争的胜利呢？各国 化学家都在致 力研究。俄国化学家谢宁斯基首先想到了制糖工业中 用来吸附杂质和色素的木 炭。
3.防毒面具
• 他冒着生命危险进行了实验。他用装有木炭的布 包堵住自己的呼吸道，钻进充满氯气和 光气实验 室，他的两个助手屏住呼吸守候在门边，只要听 见门铃响，说明他们的导师已坚持 不住了，应赶 快抢救出来，然而铃却迟迟未响。就这样，他用 自己的生命做实验发现了活性炭的防毒作用， 用 活性炭作吸附剂的轻型防毒面具就这样诞生了， 它的样子虽说不中看，可是每当敌人 施放毒气时 ，俄国士兵就立即戴上它在毒气中打退敌人的一 次次冲锋。
1.水处理
• 4 活性炭处理农药废水
• 农药生产过程中步骤多 原材料、合成工艺、产品 化学结构之间差异大生产过程中有大量的废水排 出农药废水有机物浓度高、毒性 大、可生化性差 而且废水成份复杂。活性炭可有效地对农药废水 进行吸附处理。活性炭还可以吸附除草剂废水中 含有的24一二氯酚及少量的34一二氯酚、25二氯 酚和26一二氯酚。
2.溶剂回收
• 溶剂回收用活性炭吸收排气中所含的有机溶剂，大多数 是在涂布、蒸气及干燥等工序中挥发到空气中的。除了 不燃性的溶剂以外，由于受爆炸界限浓度的限制，通常 排出时的浓度都在几千 ppm（体积）以下。由于活性炭 是比较非极性的物质，对有机质具有很强的亲和性；即 使有水分存在，吸附值能下降的也不大；而且比较价廉 等原因，它在有机溶剂类的吸附中用的很多。特别是回 收溶剂中常用的成型颗粒活性炭，它是以煤、石油、木 材、椰子壳等产物。此外，也使用将原料炭化、破碎、 成型、烧成（炭化）及水蒸气活化，制成的粒度为 25mm 的产物。以及使用将原料炭化、破碎、筛分以后 ，用水蒸气活化过、粒度为 1mm 以下的破碎状活性炭