活性炭制备方法、分类、应用综述

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。
制备方法分类
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
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制备方法分类
物理法活性炭
以水蒸气，CO2等为活化 剂制备的活性炭
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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 。
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
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
外观形状分类
1.水处理
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。
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。
4.空气净化
• 室外空气的净化很早就引起了人们注意，近30年来对室内空气的质量更加重 视。自从发现有些办公室人员患有"办公室综合症"以来，人们对室内空气的 污染对人体健康的危害问题更为关切。据研究，室内空气的污染源有:建筑材 料，如砖、墙纸、油漆;燃气、烧煤等燃烧;油炸、熏烤类的烹任;吸烟的烟雾; 某些化妆品。室内散发出来的污染物种类很多、数量不少;美国EPA称，挥发 性有机物的浓度在室内常比室外高出几倍，有研究表明，空调系统常因换气 不佳，严重污染室内空气。19· 89年加拿大修订了室内空气质量标准，也有 学者认为1987年世界卫生组织规定的大气质量标准可适用于室内。 空气污 染的冶理可选用活性炭吸附法、催化法、燃烧法、冷凝法，其中应用活性炭 吸附法或催化法很普遍。废气与具有大表面积的多孔性活性炭接触，废气中 的污染物被吸附，使其与气体混合物分离，而起净化作用。
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。
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
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
化学吸附
化学键合力
选择性
吸附层 吸附热 温度
较差
单层或多层
较高
单层 83.7~418.7kJ/mol 温度升高，吸附速度加 快 较慢，需要一定活化能
≤4.9kJ/mol
放热，低温利于吸附
吸附速度
快，不需活化能
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 。
活性炭吸附
ห้องสมุดไป่ตู้
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。
物理吸附
作用力 分子间力即范德华力
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。
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
优质煤原料
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。
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。
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。 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。
*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。
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。
• 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。
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。
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455O 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。