活性炭的应用及发展

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活性炭的应用及发展
② 成型活性炭的制备方法
v 以碳质前驱物为原料制备成型活性炭
•原料预处理
•成型
•碳化、活化
•后处理
•产品
•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。
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v 以粉状活性炭为原料制备成型活性炭
•粉状活性炭 •粘结剂
品种的专用化和多样化。
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• • 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1 000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 25万吨。 • 但是我国活性炭行业在制造技术上不如欧美国
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，要同时提高其吸附性 能和机械强度是十分困难的。
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三、活性炭的表征、分析与检测
（1）孔径分布
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。 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。 分子吸附法 用来测微孔，如77K的氮气吸附。
•化学性能:元素组成（含工业分析、元素分析、 和有害杂质分析），表面氧化物，泽塔电位等。
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四、活性炭的应用
v 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、贵重金属的回 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、催 化及电化学电源，在环境保护和人类生活中 起着重要作用。
•无机粘合剂：氧化铝、二氧化钛，硅酸盐、 蒙脱土等。
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• 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，则 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， 该类方法适合生产某些具有特殊吸附性能的 成型活性炭。
家，存在生产规模小、产品质量参差不齐、资源浪 费等问。
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二、活性炭的制备
•②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，是碳化物的孔结构更加
发达。
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•③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。
•分类
•1（按孔径） •微孔（r < 2 nm） •气相吸附 •中孔（2 nm < r < 50 nm） •液相吸附，催化剂载体 •大孔（r > 50 nm） •作为通道
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•2 按形状分
•3 按原料分
•（a）植物类原料活性炭：木材、椰壳、核 桃壳、杏核、竹材、稻草等。
•混合 •压缩成型
•加热处理
•成型活性碳
•后处理
•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、黏结性木 质素、煤焦油、聚乙烯醇及其衍生物和酚醛 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。
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2020/11/25
活性炭的应用及发展
•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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•2
一、活性炭的简介
l 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 。
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•（b）矿物类原料活性炭:煤、石油焦、煤焦 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、 旧轮胎、动物骨、蔗糖、糖蜜等。
•3 按制备方法分
•（a）化学碳，以ZnCl2,H3PO4,KOH等为 活化剂，化学活化法制备的活性炭
•（b）物理碳，以水蒸气，CO2等为活化剂 制备的活性炭
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（一）组成、结构与性质
•组 成
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结构及孔的形状
l 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，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“螺 层状结构”。
l 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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•②活化机理
•（3）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
v 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，活性炭的 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 工。 •（2）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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•（3）微观结构结构 SEM和TEM。 •（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、 强度、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。
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（二）国内外发展现状
l
国外活性炭生产国有美国、俄罗斯和日本
等。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wk.baidu.com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。而且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
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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， 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：
•Boehm滴定、零电荷点（PZC) 、X射线光电 子能谱(XPS)、 傅里叶变换红外光谱（FTIR ） 和热重分析。
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