活性炭的特点和适用范围

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活性炭是一种经过加工的多孔碳，具有许多不同的用途，特别是吸附和化学反应所需的水和气体净化。由于活性炭颗粒的多孔，它们有一个非常大的表面嵌入到它们的表面孔中。这些区域也可以用其他材料填充，以实现其他目的。例如，在水净化过程中，银与碳孔混合，过滤饮用水中的汞、有机砷等污染物。由于碳是通过一系列相对便宜和简单的活化过程从木炭中生产出来的，因此可以广泛应用于许多应用。
目录 什么是活性炭？
制造活性炭
相关活性炭指标
应用活性炭
什么是活性炭？颗粒活性炭是一种广泛使用的吸附剂，具有选择性吸附数千种有机和某些有机材料的能力。从古埃及的医用碳粉到威士忌酒桶的烧焦，碳已经激活并作为吸附剂使用了几个世纪。颗粒状气相活性炭介质首次广泛应用于第一次世界大战的军用防毒面具，并在两次世界大战之间的几年内用于溶剂回收系统的商业用途。
第一次世界大战后，颗粒状液相活性炭在糖脱色和纯化抗生素方面得到了首次突出的应用。如今，有数百个应用-若环境控制总标题下的不同用途单独计算，则正在进行的应用数量为数千个。
虽然有这些变化，但主要有三种活性炭：
粉末活性炭(PAC)
粉状活性炭一般为5 - 150 粒径范围内还有一些外围粒径可供选择。PAC液相吸附通常用于降低处理成本和操作灵活性
颗粒活性炭(GAC)
颗粒活性炭一般在0.2可用于气相和液相的应用。GACs它们很受欢迎，因为它们提供清洁处理，而且经常比较pac使用时间更长。
此外，它们更好的强度(硬度) ，可以再生和重复使用
【活性炭的特点和适用范围】挤压活性炭(EAC)
挤压活性炭是一种圆柱形颗粒产品，大小从1毫米到5毫米。EACs通常用于气相反应，是挤压过程中重型活性炭的结果
其它类型
其它类型的活性炭包括：珠活性炭、浸渍碳、聚合物涂层碳、活性炭布、活性炭纤维。
如何制造活性炭活性炭的生产过程，即活性炭的活化，有两种形式。一种碳来源可以以煤、泥或任何有机碳的形式存在，这意味着纯碳是通过一种叫做热解的加热方法提取的。一旦材料碳化，它需要氧化，或氧气处理，或暴露在二氧化碳或蒸汽中，或酸碱化学处理。
碳化
碳化是通过加热将富含碳的材料转化为纯碳的过程。这种加热过程被称为热解，来自一种古老的木炭制造技术。最初使用非常致密的碳材料，因为最终结果需要为活性炭的超多孔。富含碳的材料被放置在2000摄氏度的极端温度下的一个小炉中。其余的通常是开始重量的20 - 30% ，主要由碳和少量无机灰组成。这与焦化非常相似。焦化是一种从木炭（碳基燃料）中生产焦炭的方法。
一旦产生多孔碳，就需要氧化才能吸附。气体处理或化学处理有两种方法之一。
气体处理
碳的活化可以通过室内加热直接泵入气体。这使它暴露在氧气中，以达到氧化的目的。当活性炭被氧化时，它很容易被吸附，这是化学表面组合的过程——正是这个过程使活性炭能够很好地过滤液体和气体中的废物和有毒化学物质。碳化热解过程必须在物理气体处理中进行600-900在摄氏度的惰性环境中进行。然后，一种含氧气体被泵入环境，并在900到1200摄氏度之间加热，使氧与碳表面结合。
化学处理
在化学处理中，该工艺略不同于碳气体活化。首先，碳化和化学活化同时发生。准备酸、碱或其他化学品的浴液，并将材料浸泡在其中。然后将浴槽加热到450-900摄氏度远低于气体活化所需的温度。碳材料碳化，然后激活，所有的速度都比气体激活快得多。然而，一些加热过程会导致微量元素吸附到碳上，这可能会导致不纯或无效的活性碳。
活性炭后处理
氧化后，活性炭可以加工成多种不同的用途，具有几种不同的分类性质。例如，颗粒活性炭(GAC)是一种比粉末活性炭更好的砂产品(PAC)大颗粒，每一种都用于不同的应用。其它类型包括浸渍碳，它包含不同的元素，如银和碘，以及聚合物涂层碳。
相关活性炭指标在为特定应用选择活性炭时，应考虑多种特性：
活性水平
活性水平通常用单位重量的总表面积表示，通常用平方米/克表示。总暴露面积一般在600-1200平方米/克。
为了在吸附中有用，表面积必须存在于足够大的开口中，以容纳吸附质分子。当考虑到下面描述的附加特征时，测量活性水平是最有意义的。
孔隙结构
虽然进入碳结构的开口可能有各种形状，但孔一词意味着一个圆柱形的开口。孔结构曲线描述了孔壁之间的小距离，通常表示为各种直径孔所代表的总表面积或总孔体积的函数。活性炭内部的孔隙不能具有准确的平均形状，但一般来说，颗粒状活性炭通常表现所有表面积。
最小直径的孔构成微孔结构，是吸附能量最高的部分。微孔有助于吸收低分子量和低沸点的有机蒸汽，并将水中的微量有机物去除到不可检测的水平。大孔形成大孔，有助于吸收非常大的分子和分子聚集体，如原糖溶液中的色体。大孔结构的另一个重要功能是帮助流体扩散到碳颗粒的吸附点。
综上所述，孔隙结构。(1)能有效吸附高挥发性溶剂，控制某些类型的气味，去除水中的痕迹有机化合物；后者具有边际扩散特性。(2)为各种大小的分子提供了良好的选择性平衡，可以将蒸汽和液体污染降低到超低水平，具有良好的扩散特性。(3)它将允许良好的扩散和容纳非常大的分子尺寸，但微孔结构很少，对大多数有机化合物的保持性很差。
原材料
颗粒活性炭可以由各种碳原料生产，每种原料都会给成品一个典型的质量。商业等级通常由椰子和其他坚果壳、烟煤和棕煤、石油焦、锯末、树皮和其他木制品制成。一般来说，果壳和石油焦会产生非常硬的碳，其孔隙结构具有上述（1）的特点，相对硬的碳具有（2）结构，而缺乏耐压性和耐磨性的碳具有（3）结构。应该强调的是，特定的生产技术可能会产生不同于给定原材料标准的碳。
表观密度
大多数活性炭的固体或骨架密度在2.0-2.1 g/ml之间。然而，这将描述一种基本上没有表面积和吸附能力的材料。
表观密度值可用于计算体积活度，因为颗粒活性炭用于固定体积的吸附剂，这有助于确定吸附剂替代碳负荷的工作能力。
由于标准活性试验是用烘箱干碳进行的，同样，由于活性水平低，或由再活化产生的灰或非活性炭残使用寿命或吸附剂产生高净化液体的能力。
颗粒大小
由于去除杂质需要吸附质扩散到颗粒内部结构，吸附速率将随着颗粒尺寸的减小而增加。当流体流过吸附剂时，增加的吸附速率将需要更少的吸附剂床深度和吸附质被去除区域的接触时间。这种功能吸附区称为吸附波阵面或~转移区域。然而，对于任何给定的流体，颗粒尺寸的减小都会增加流动阻力或压降。在实践中，粒度的选择是为了在快速吸附和有效去除的竞争优势之间取得合理的平衡，增加流动阻力和更高的泵送成本。
硬度
所有颗粒活性炭的硬度和耐磨性一般都是有益的，尽管它们的操作用途可能会有很大的不同。在普通吸附器的设计和操作范围内，所有商业颗粒活性炭都能承受自身重量和流体流动造成的压力效应。因此，在只使用一次或很少使用颗粒活性炭的系统中，硬度特性可能很少或根本不重要。相反，如果碳需要经常回收，并在适当的回收过程中受到热冲击，或者必须抵抗过度振动，那么硬度就变得非常重要。例如，在热回收系统中处理软碳粉末（灰尘）可能会使回收炉本身的损失翻倍或三倍。在蒸汽回收溶剂回收系统中，容易断裂的碳往往会增加压力降低，因此需要重新筛选、补充或更换吸附剂。
在评估硬度值时，应记住，颗粒活性炭的硬度试验与塑料、金属或矿物的硬度等级无关。98碳比80碳高得多，但金刚石、钢、铜等硬度较高的材料，虽然实际硬度不同，但根据颗粒活性炭硬度试验报告为100 。
灰分
如果部分为原料，灰分一般为2- 20%重量不同的商用颗粒活性炭。总灰分的一部分可能是水溶性的，通常是酸溶性的，而其余部分在碳的骨骼结构深处是不溶性的。木材和果壳碳的灰烬通常富含碱性金属，而煤的灰烬主要是铝、硅和铁的氧化物。在有限的情况下，痕迹的可溶性或活性灰是有害的。颗粒活性炭可以用水或酸预洗，或者根据某些原料的等级将总灰分或特定灰分降到最低。
天然灰通常对吸附过程无害。标准活性试验报告中的颗粒活性炭效率，包括灰重。然而，在一些再生颗粒活性炭中，以前使用的残留物可能会堵塞部分或全部微孔结构，微孔结构对于将有机物去除到超低水平非常重要。类似地，如果灰是由于以前的浸渍用于其他用途或任何其他掺假，碳性能可能会严重受损。
pH值
报告活性炭水提取物ph 。未经处理的煤基碳通常接近中性，而果壳碳和木碳更碱性。大多数未经处理的煤基碳都是未经处理的GACs在pH值6-10两者之间的变化，但添加酸或碱可能会进一步扩大这一范围。
颗粒活性炭在净化水和水溶液中pH与溶液相比， pH值进行对比。大多数有机物在pH值为5-7微酸溶液吸附效果最好。GAC的初始pH处理后溶液的值不会影响pH很长一段时间（尽管去除吸附剂可能会改变溶液pH值) 。
应用活性炭从液体或气体中吸附成分的能力使其在许多行业中有成千上万的应用，因此事实上，它可能更容易列出不使用活性炭的应用。活性炭的主要用途如下。请注意，这不是一个详细的列表，而是一个强调。
水净化
活性炭可用于去除水、废水或饮用水中的污染物，这是帮助保护地球上最宝贵资源的宝贵工具。水净化有许多子应用，包括城市污水处理、家用水过滤器、工业处理现场水处理、地下水修复等。
空气净化
活性炭也可用于空气处理。这包括口罩、家庭净化系统、气味减少/去除，以及工业加工场所烟气中有害污染物的去除。
金属回收
活性炭是回收金银等贵金属的重要工具。
食品和饮料
活性炭广泛应用于整个食品饮料行业，以实现一些目标。它包括去除咖啡因，去除不必要的成分，如气味、味道或颜色。
药用
活性炭可用于治疗各种疾病和中毒。