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免费在线性质 吸附性 吸附性质是活性炭的首要性质。活性炭具有像石墨晶粒却无规那么地排列的微晶。在活化过程中微晶间产生了形状不同、大小不一的孔隙，假定活性炭的孔隙是圆筒孔形状，按一定方法计算孔隙的半径大小可分为二类： 按IUPAC分： 微孔 1.0nm 中孔 1-25nm 大孔 25nm。 按习惯分： 微孔 150nm 中孔 150-20 000nm 大孔 20 000nm。 由于这些孔隙，特别是微孔提供了巨大的外表积。 微孔的孔隙容积一般只有0.25-0.9mL/g，孔隙数量约为1020个/g,全部微孔外表积约为500-1500m2/g，通常以BET法测算，也有称高达3500-5000 m2/g的。活性炭几乎95%以上的外表积都在微孔中，因此除了有些大分子进不了外，微孔是决定活性炭吸附性能上下的重要因素。中孔的孔隙容积一般约为0.02-1.0mL/g，外表积最高可达几百平方米，一般只有活性炭总蚕种的约5%。其作用能吸附蒸汽，并能为吸附物提供进入微孔的通道，又能直接吸附较大的分子。 大孔的孔隙容积一般约为0.2-0.5 mL/g，外表积只约0.5-2 m2/g，其作用一是使吸附质分子快速深入活性炭内部较小的孔隙中去；二是作为催化载体时，催化剂常少量沉淀在微孔内，大都沉淀在大孔和中孔之中。 所提的活性炭外表积理应包括内外表积和外外表积，事实上吸附性质主要来自巨大的内外表积，因此不能误认为：把活性炭研碎磨细会明显提高外表积从而提高吸附力。 很多吸附是可逆的物理吸附，即被吸附物为流体，在一定温度和压力下被活性炭吸附，在高温低压下被吸附物又解吸出来，活性炭内外表恢复原状。这是广泛应用的物理吸附，学术上又称为范德华吸附。 化学性 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。这些外表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。有时还会生成外表硫化物和氯化物。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。 这些灰分含量可经水洗或酸洗的处理而降低。 活性炭中无机物成分，从表3-1四种粉炭商品的分析，可见一斑。(附表略) 催化性 活性炭在许多吸附过程中伴有催化任凭，表现出催化剂的活性。例如活性炭吸附二氧化硫经催化氧化变成三氧化硫。 由于活性炭有特异的外表含氧化合物或络合物的存在，对多种反响具有催化剂的活性，例如使氯气和一氧化碳生成光气。 由于活性炭和载持物之间会形成络合物，这种络合物催化剂使催化活性大增，例如载持钯盐的活性炭，即使没有铜盐的催化剂存在，烯烃的氧化反响也能催化进行，而且速度快、选择性高。 由于活性炭具有兴旺的细孔结构、巨大的内外表积和很好的耐热性、耐酸性、耐碱性，可作为催化剂的载体。例如，有机化学中加氢、脱氢环化、异构化等的反响中，活性炭是铂、钯催化剂的优良载体。 机械性 下载几个工程表示活性炭的机械性，为活性炭的应用者，尤其为大量的工业应用者所重视。 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。 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。 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。 强度：即活性炭的耐破碎性。 耐磨性：即耐磨损或抗磨擦的性能。 这些机械性质直接影响应用，例如：密度影响容器大小；粉炭粗细影响过滤；粒炭粒度分布影响流体阻力和压降；破碎性影响使用寿命和废炭再生。 4制造 4.1 原料 几乎所有含碳材料都可用来征税活性炭，例如木材、锯屑、泥炭、稻草等含纤维素材料通常仅以化学品活化法处理。有使用稻草和玉米秆的蹭试验，也有以豆渣为原料用碳酸钾的活化制成活性炭。 虽然通常在气体活化法中先要把原料炭化，但是国外公司有用泥炭直接气体活化，而不以蹭的炭化的报道。 很适用于气体活化法的原料是木炭、坚果壳炭、褐煤或泥炭制得的焦炭。 4.2 活化 制造活性炭的关键工艺是活化。由于所用活化剂的不同，可分为两类方法： 用氯化锌或磷酸等化学品为活化剂的化学品活化法； 用水蒸气或二氧化碳等为活化剂的气体活化法。 前者称为化学活化法，后者称为物理活化法。其实两类活化过程都各自民生质的变化，都是化学变化的过程。 化学品活化法 氯化锌活化法 以化学品氯化锌为活化剂。 将0.4-0.5份氯化锌浓溶液和1份泥炭或锯屑混合，在转炉中枯燥，加热到600-700℃，成品以酸洗和水洗回收锌盐。有时化学品活化后继续进行水蒸气活化，藉以增加海内存知己的细孔。 氯化锌活化的活性炭具有较多大也。虽然这是有效和简单的方法，但因锌化合物化合物的环境污染而渐衰。 磷酸活化法 以化学品磷酸为活化剂。 炭化的或未炭化的含碳物作起始原料。例如将研细的锯屑和磷酸混成浆状，在转炉中枯燥，加热到400-600℃。萃取回收磷酸，有时中和后回收磷酸盐。枯燥得活性炭，一般较氯化锌法的活性炭具有更细的细孔。 也可采用磷酸和水蒸气联合活化法。近年磷酸活化法趋向广泛应用，磷酸回收等革新未见发表。 氢氧化钾活化法 以化学品氢氧化钾为活化剂。 将含碳原料以熔融的无水氢氧化钾处理，剧烈的反响产生非常高的多孔性，比外表积可高达3000m2/g。 其他化学品活化法 硫酸、硫化钾、氯化铝、氯化铵、硼酸盐、硼酸、氯化钙、氢氧化钙、氯气、氯化氢、铁盐、镍盐、硝酸、亚硝气、三氧化二磷、金属钾、高锰酸钾、金属钠、氧化钠和二氧化硫均可用于活化。 气体活化法 以水蒸气、二氧化碳或两者混合气体为活化剂，将含碳物料和气体在转炉或者沸腾炉内，在800-1000℃高温下进行碳的氧化反响，制成细孔结构兴旺的活性炭。 水蒸气、二氧化碳和碳的反响是吸热反响，而氧和碳的反响是很强的放热反响，因此炉内反响温度难以控制，尤其要防止局部过热，防止不均匀活化更难，故氧或空气不宜作为活化剂。有时使用空气和水蒸气的混合气体，用碳的燃烧作为热源。多数情况下用烟道气和水蒸气的混合气体，由于不可防止地会混入少量氯气，造成水蒸气、二氧化碳和氧气三种气体同时参与活化。 值得注意：在混合气体中少量的氧会使活性炭具有很大的孔隙。氧与碳的作用速度百倍于二氧化碳，而且因钾盐存在而大增，因此含钾的原料在含氧的气体中会剧烈反响，以致发生失控的燃烧而不是活化。 各种少量化合物，例如碱金属和碱土金属的盐类，几乎全部氯化物、硫酸盐、醋酸盐和碳酸盐，还有大多酸类和氢氧化物，在气体活化中具有催化加速作用。工业上常用的催化剂是氢氧化钾和碳酸钾，用量在0.1%到5%之间。以固态催化剂和含碳物料混合，或以溶液参加，或成型低温炭化。 如果烟煤中加碱金属盐类活化，那么不单用水蒸气活化，而要用含二氧化碳的混合气体活化。 4.3活化炉 活化炉的型式很多。国外活性炭制造工厂采用的炉型主要有竖炉、转炉和流化床炉等。 竖炉：原由几个简单垂直的燃烧室构成，室壁砌以耐火砖。后来改良混料，又设法控制炉内气流的方向、速度和温度。该炉还可用来再生回收炭。 转炉：是最通用的卧式活化炉。 流化床炉：又称沸腾床炉，是固体粒子补充流体吹成悬浮状态，气固之间传热、传质速率快，但粒子磨损大，以前常以间歇法生产粉炭，现已民展成连续生产，并能制成而磨的粒炭。 我国目前常用的活化炉主要有： 斯列普炉：又称鞍式炉，因其活化带的耐火砖是马鞍型，原为法国专利，20世纪50年代由原苏联引进我国。后经一系列改良，成为我国目前生产颗粒状活性炭的最主要炉型。 活化气体：水蒸气。 主要优点：连续生产、产量大、质量高、过热蒸汽温度高、稳定、不需外部供热。 主要问题：对原料要求高、造价高、技术要求高、维修费用大。 焖烧炉： 活化气体：燃煤所产生的高温烟道气。 主要优点：简单投资省。 主要问题： 耗燃料多、活化不均匀、劳动强度大、粉尘大。 土耙炉： 活化气体：水蒸气(空气) 主要优点：最简易炉型。 主要问题：得率低、质量不高、原始作坊式、污染环境。 多管炉： 活化气体：水蒸气 主要优点：不需燃料、稳定、易控制、产量较大。 主要问题：活化不均匀、炭质量不高、过热蒸汽温度低、耐火管易损坏、投资较大。 回转炉： 活化气体：烟道气、水蒸气 主要优点：连续操作、活化较均匀、适合生产气相活性炭。 主要问题：设备庞大、热效率差、耗燃料、成品质量较低。 沸腾炉 活化气体：空气、水蒸气。 主要优点：气固接触好、活化均匀、机械化占地面积小。 主要问题：间歇生产、易结渣影响正常操作、耗燃料。 多层耙式炉 活化气体：烟道气、水蒸气。 主要优点：国外引进大型设备、活化强度大、产量大。适应多种产品。 主要问题：投资大、技术要求高、操作费用较高。 此外，还有多管沸腾炉、外溢流式沸腾炉、旋流喷动活化炉、隧道窑活化炉、斜板式活化炉、等。 4.4 后处理 去杂 活化时加过催化剂如氯化锌、磷酸、碳酸钾的活性炭常用酸洗或用水洗处理，以减少各种化合物含量。 低灰分活性炭可用水、盐酸或硝酸洗涤，去除一些杂质。用于精细化学品、药物、催化剂、催化剂载体的活性炭，需要特殊的充分洗涤。
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