环境功能材料4活性炭

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1、第一节、活性炭的概述第二节、活性炭的微观结构第三节、活性炭的吸附性能活性炭第一节、活性炭的概述活性炭（AC:activatedcarbon）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%。粉末活性炭颗粒活性炭纤维活性炭活性炭雕比较碳与炭的区别：“碳”：“炭”：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。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：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《

2、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。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2000-3000t)。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。1938年布朗诺尔、埃米特、泰勒(Brunauer,Emmett,Teuer)3人在朗

3、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。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。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)和D-A(Dubinin-Astakhor)方程体积填充理论吸附剂的孔按规定分为大孔(>50nm

4、)、中孔(2~50nm)和微孔(<2nm)。蒸气在大孔中的吸附可用BET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Dubinin等的微孔容积填充理论(TVFM)描述。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。活性炭原料•(1)、木质活性炭：以木屑、木炭等制成的活性炭。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：

5、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：（ReactivatedCarbon）,与原活性炭(VirginActiveCarbon)相区分。(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

6、堵塞的细孔开放；并使细孔和通路扩大。活性炭制备方法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杂原子发生反应，将炭化时已经形成但却被无序的碳原子及杂原子所堵塞的孔隙打开，将基本微晶表面暴露出来。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

7、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。气体活化过程中的化学反应C+2H2O一2H2+CO2一79.6kJC十H2O一H2+CO一542.lkJC+CO2一2CO一712.7kJZnCl2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。与之类似的还有KOH、H3PO4