第12章 生物质基活性炭的制备与应用

12.2 活性炭制备
物理法制备活性炭
③ 活化机理：活化剂在高温下与碳发生氧化还原反应，生成气体（如 CO、H2）。由于碳化物表面受到侵蚀，使碳化物的孔结构更加发达
④ 影响因素：碳化温度（400~600℃左右）、碳化时间（1h左右）、活 化温度（800~1000℃）、活化时间（ 1h左右）、活化剂流量
杏壳净水炭
活性炭分类
按百度文库用场合分类
油脂脱色活性炭
用于工业油、矿物油、食用油的脱色、去 杂味及胶杂质，广泛用于食品工业和化学 工业的液相脱色与精制。 项目指标 : 粒度20-40 目；强度≥92% ；碘值 ≥950mg/g ；干燥减量≤10% ；灰分≤3% ； 酸 溶 物 ≤0.2% ； 醇 溶 物 ≤3.5% ； 氯 化 物 ≤0.10% ；铁≤0.15% ；硫化物≤0.15% ；重 金属≤0.005% ；充填比重 0.37-0.45 ； PH 值 6-8
通常，炭粉越细，表面积大，吸附能力大，它对杂质的吸附速度越大。 故常将活性炭产品进行高度的破碎和筛选，得到微细的粉末。
活性炭分类
粉状炭的不足
粉状炭在使用时有吸附速度较快，吸附能力使用充分等优点，但需 专有的分离方法。随着分离技术的进步和某些应用要求的出现，粉状 炭的粒度有越来越细化的倾向，有的场合已达到微米甚至纳米级。
活性炭的孔隙结构包括两个方面的内容：孔隙的形状和 大小。
活性炭中孔隙大小和形状的多样性和复杂性是导致活性 炭吸附性能非常复杂的主要原因。
活性炭简介
活性炭的空洞分布
活性炭简介
微孔筛分作用的模型图
活性炭分类
按原料来源分类
按制造方法分类 按外观形状分类
按孔容分类
按机能分类 按应用场合分类
活性炭分类
粒状炭分类
c) 球形活性炭
• 球形活性炭的制取方法与柱状炭类似，但有成球过程。也可以用液态 含碳原料经喷雾造粒、氧化、炭化、活化制成，还可以用粉状活性炭 加粘结剂成球加工而成。球形活性炭也有实心和空心球形活性炭之分 • 球形活性炭：以球形颗粒的直径表示，用乘上10的数字标出。例如球 形直径为20，表示球体直径为2mm。形状最好，需造粒。 • 球形活性碳具有压降小，磨耗率低且容易操作的优点，正常情况下磨 耗量约0.3g/m2· hr，大都利用于流化床系统。
活性炭分类
粒状炭分类
b) 圆柱形活性炭 (柱状炭)
• 圆柱形活性炭一般由粉状原料和粘结剂经混捏、挤压成型再经炭化 、活化等工序制成。也可以用粉状活性炭加粘结剂挤压成型。柱状炭 又有实心和中空之分，中空柱状炭是柱状炭内有人造的一个或若干个 有规则的小孔 • 圆柱形活性炭以圆柱形颗粒横截面的直径表示，用乘上 10 的数字标 出。例如圆柱体直径30，表示圆柱体横截面的直径为3mm • 柱状活性炭、破碎活性炭和粉状活性炭，主要规格有 Ф3.0、 Ф4.5、 Ф5.5 、Ф7.0 , 4x8目、8x30目、12x40目、200目、325目等
活性炭分类
按应用场合分类
具有发达的孔隙结构，对净化饮用水有极 好的效果，能除去水中异臭、异味、氯、 酚、汞、铅、砷、等有害物质，并提高色 度，是装填家庭、社会团体、宾馆及高级 净化水生产设备的理想材料。 项 目 指 标 : 粒 度 10-24 目 ； 碘 值 ≥1000mg/g；亚甲兰脱色力ml≥11；强度 ≥95%；干燥减量≤10%；灼烧残渣≤3%； 充填比重0.45-0.5；PH值6-8
按制造方法分类
② 化学法活性炭(化学炭) ：将含碳原料与某些化学药 品混合后进行热处理制取的活性炭
一般说来，化学炭的孔隙中次微孔、中孔（即孔直径或孔宽大于1.5纳米的孔隙） 较发达，主要用于液相吸附精制和溶剂回收的气相（蒸汽）吸附场合。 化学法制造活性炭由于加入了化学药品，在制造过程中应当极其重视环境保护 以及产品中可能存在微量非原料带入元素的影响问题。
活性炭分类
按应用场合分类
粉状活性炭 主要用于味精、柠檬酸、氨基酸、啤酒、汽水、清凉饮料葡萄和搞菌素 等的脱色提纯。 项目指标 : 粒度 100 目；亚甲兰脱色力ml≥11 ；碘吸附值≥950mg/g ；总 铁量≤0.10% ；干燥减量≤10% ；氯化物≤0.20% ；灼烧残渣≤3% ； PH 值 6-8
第十二章 生物质基活性炭的 制备与应用
内容
12.1 活性炭概述
12.2 活性炭制备 12.3 活性炭性质
12.4 活性炭应用与发展
12.1 活性炭概述
活性炭技术历史 活性炭技术发展现状 活性炭简介 活性炭分类
活性炭技术历史
1901 年， Raphael von Ostrejko 发明以金属氯化物炭化植物源 原料或用二氧化碳或水蒸气与炭化材料反应制造活性炭，先后取得 英国和德国专利
活性炭简介
生物基活性炭是由生物残体在缺氧的情况下，经高温慢热解 ( 通 常＜700℃)产生的一类难熔的、稳定的、高度芳香化的、富含碳素 的固态物质
活性炭简介
分子式：C；分子量：12.011；熔点：3652℃；沸点：4827℃， 3652℃升华。有多孔结构和对气体、蒸气或胶态固体有强大吸附本 领的炭。每克的总表面面积可达 500 ～ 1000 平方米；密度为 1.9 ～ 2.1；表观密度约0.08～0.45。含碳量10%～98%
活性炭技术发展现状
我国活性炭工业生产起步于 20 世纪50年代，80 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 1000 余家，活性炭产量占世 界产量的三分之一，已成为世界上最大的活性炭生产国，2007年生 产量达到35万吨，出口量达到25万吨 我国活性炭行业在制造技术上存在生产规模小、产品质量参差 不齐、资源浪费等问题
细孔型活性炭：所含大孔、中孔、微孔中，微孔体积较大的活性炭。
活性炭分类
按机能分类
高比表面积活性炭 添载活性炭 分子筛活性炭 生物活性炭等
活性炭分类
按应用场合分类 糖用活性炭、针剂活性炭、味精活性炭、净水活性炭等 目前中外已有质量标准的部分应用有： • 1、净水用；2、糖液脱色用；3、味精精制用；4、防毒面具用；5、气 相色谱用；6、分析用；7、测试土壤用；8、测试AOX用；9、改正酒 味酒香用；10、去放射性碘用；11、药典级；12、食品添加剂级；13 、化学试剂级 • 一般以用途为主分类，定出各项指标规格 • 指标按国家标准规定方法进行测定
12.2 活性炭制备
物理法 化学法
其他制备法
12.2 活性炭制备
物理法制备活性炭
② 步骤: 首先对原料进行炭化，即含碳有机物在热的作用下发生分解， 非碳元素以挥发分的形式逸出，生成富碳的固体热解产物，然后用水蒸 气、二氧化碳或空气等氧化性气体活化，使热解产物形成发达的微孔结 构。炭化温度一般为600℃，活化温度一般在800-900℃之间。
活性炭分类
按外观形状分类
③ 其它形状的活性炭
除了粉状活性炭和颗粒活性炭两大类外，还有其他形状的，如活性炭 纤维、活性炭纤维毯、活性炭布、蜂窝状活性炭、活性炭板等。
活性炭分类
按孔容分类
活性炭孔径一般分为三类
大孔：1000-1000000A 过渡孔：20-1000A 微孔：20A
大孔型活性炭：所含大孔、中孔、微孔中，大孔体积较大的活性炭。
活性炭分类
粉状炭与粒状炭的比较
活性炭分类
粒状炭分类
a) 不定型颗粒活性炭
• 不定型颗粒活性炭一般由颗粒状原料经炭化、活化，然后破碎筛分至 需要粒度制成，也可以用粉状活性炭加入适当的粘结剂经适当加工而成 • 不定型颗粒活性炭以上下限尺寸表示粒度范围，用乘上 100的数字标 出，例如上限×下限，35×59，表示粒度的范围为0.35~0.59mm。
活性炭简介
活性炭的孔隙结构
由于活性炭基本微晶的排列是无规则的、紊乱的，各微晶 间才有许多形状不同、大小不等的空隙，因此便形成了活性 炭的各种空隙。这些空隙中最大的可用光学显微镜看见，有 的却小得与分子一样大小。 活性炭的主要性能是吸附性
吸附性的关键是活性炭发达多样的孔隙
活性炭简介
活性炭的孔隙结构
1911年，奥地利的一家工厂生产出活性炭，商标名称为Eponit
1914 年至 1918 年，第一次世界大战有毒气体进入战场，颗粒活 性炭作为军事防毒面具中的吸附剂得到规模化大量生产
活性炭技术历史
1918 后 18 年，战事发展导致大规模严密控制活性炭商业化生产 及应用。在欧洲制造活性炭的新原料取得了很大进展。使用椰子和 杏仁壳作为原材料，同时添加氯化锌，生产出的活性炭具有较高的 机械性及吸附能力
活性炭分类
按原料来源分类
木质活性炭：木屑活性炭 果壳（果核）活性炭：椰子壳活性炭、橄榄壳活 性炭等
动物质活性炭：兽骨活性炭、血炭
矿物质原料活性炭：煤质活性炭、石油类活性炭 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、稻草制成的活性炭。 再生活性炭 (Reactivated Carbon) ：与原活性炭 (Virgin Active Carbon)相区分。
活性炭技术发展现状
我国活性炭工业的发展趋势
活性炭厂从城市向乡村和原料产区转移，以解决污染和原料问题 对外技术合作和贸易有突破性发展 科技教育蓬勃发展，多行业、多部门都涉足活性炭领域
活性炭简介
活性炭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
粉状炭再生比较困难，通常使用粉状炭需要相当大的混合池和沉淀 池以及混合、沉淀、过滤、分离等多道工序，操作困难，失效的活性 炭不能再生使用，故消耗量较大(近年也有研究将它再生)。
活性炭分类
按外观形状分类
② 颗粒活性炭: 粒度大于0.175mm的活性炭 早期粉状炭的产量与用量均超过粒状炭，糖和药品的脱色精制以及 早期的水处理都以粉状炭为主 后来随着应用范围的扩大、使用工艺的改进，特别是再生方法与再 生设备的解决，使粒状炭的用量不断上升，逐渐超过了粉状活性炭
活性炭分类
按应用场合分类
电子专用炭 主要用于电子行业的高纯水净化。具有吸附速度快、吸附能力强，化学 纯度高等特点。 项目指标:粒度12-20目；碘值≥980mg/g；干燥减量≤10%；灰分≤3%； PH值6-8；充填比重0.4-0.45
活性炭分类
按应用场合分类
电镀专用炭 主要用于镀镍、氢化镀铜、镀银、及铜锡合金、HEDP镀铜、镀烙等金属 精加工。吸附效果好，因而使镀层无脆性并防止镀层发花现象产生。 项目指标:粒度50-80目；碘值≥950mg/g；亚甲兰脱色力ml≥9；充填比 重0.37-0.45；干燥减量≤10%；可溶性灰分在HEDP镀液中显阴性
活性炭分类
按制造方法分类
③ 化学--物理法或物理--化学法活性炭：化学法与物理法结合制 取的活性炭
选用不同的原料和采用不同的化学法与物理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。 这种化学--物理法或物理--化学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。
活性炭分类
按外观形状分类
① 粉状活性炭 (粉状炭)： 一般将90%以上通过80 目标准筛或粒度小于0.175mm的活性炭通称粉状
粉状活性炭是非常细微的粉末，绝大部分可通过200目筛网(74μm) ， 大部分可通过 325 目筛网 (43μm) ，粉的尺寸在 1 ～ 150μm 之间 ( 平均约 40μm)。
1935-1940年，在捷克斯洛伐克使用木屑通过氯化锌活化技术生 产活性炭，用于回收挥发性溶剂和清除苯煤气
活性炭技术发展现状
世界活性炭的年产量约 70万吨，其中一半以上是由美国、日本 及西欧经济共同体等工业国生产 欧美等发达国家在活性炭制造技术方面已完成大型化、自动化、 连续化、无公害化制造体系 欧美等发达国家对制造新工艺的研究与活性炭微孔结构和表面 化学基团的关系研究，做到了品种的专用化和多样化
活性炭分类
按制造方法分类
① 物理法活性炭（物理炭）：以炭为原料用水蒸气、二氧 化碳、空气（主要是氧）或它们的混合物（烟道气）为 活化介质，在高温下（600 ～1000℃）进行活化制取的 活性炭
一般说来物理炭的微孔（孔直径或孔宽小于1.5纳米的孔隙）发达，主 要用于气相吸附场合或小分子液相吸附场合
活性炭分类