联系电话 0563-4750968
最新公告：
《环境功能材料 4 活性炭.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《环境功能材料 4 活性炭.ppt（80页珍藏版）》请在知学网上搜索。
1、v第一节、活性炭的概述活性炭的概述v第二节、活性炭的微观结构第二节、活性炭的微观结构v第三节第三节、活性炭的吸附性能活性炭的吸附性能活性炭活性炭第一节、活性炭的概述活性炭的概述v活性炭（AC:activatedcarbon）是由含碳材料制成的外观呈黑色，内部孔隙结构发达孔隙结构发达、表面积大，吸吸附能力附能力强的一类微晶质碳微晶质碳素材料。v表观密度约0.080.45。含碳量10%98%。v粉末活性炭v颗粒活性炭v纤维活性炭纤维活性炭活性炭雕活性炭雕比较碳比较碳与炭的与炭的区别：区别：“碳碳”：“炭炭”：是是元素的名称，是核电荷数为元素的名称，是核电荷数为6的一的一类原子的总称。比如：碳元素、
2、碳单类原子的总称。比如：碳元素、碳单质、含碳化合物、一氧化碳。质、含碳化合物、一氧化碳。表示由碳元素组成的某种物质表示由碳元素组成的某种物质木炭、木炭、活性炭、焦炭、炭黑等活性炭、焦炭、炭黑等。炭是黑炭类的统称：炭是黑炭类的统称：活性炭工业历史与现状v长沙马王堆出土的汉墓木椁用木炭来吸潮、防腐，长沙马王堆出土的汉墓木椁用木炭来吸潮、防腐，v明朝李时珍在明朝李时珍在木草纲目木草纲目中记述果核烧炭可治疗腹泻和肠中记述果核烧炭可治疗腹泻和肠胃病。胃病。v1785年，洛维茨证实木炭能使某些液体脱色。这一发现导致年，洛维茨证实木炭能使某些液体脱色。这一发现导致木炭于木炭于1794年在英国精制糖厂中首次获
3、得工业应用。年在英国精制糖厂中首次获得工业应用。v1913年用氯化锌活化法生产出防毒面具用的粒状活性炭。年用氯化锌活化法生产出防毒面具用的粒状活性炭。v20年代初期在欧洲，活性炭的用途已扩大到矿物油、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。植物油和化学药品的精制。v1926年以后，活性炭制法研究集中在荷兰，而理论方年以后，活性炭制法研究集中在荷兰，而理论方面研究集中在德国。面研究集中在德国。v1929年以后，在美国开始把粉状活性炭用于水处理年以后，在美国开始把粉状活性炭用于水处理(每每年年2000-3000t)。这时原料使用相当广泛，扩展到用果。这时原料使用相当广泛
4、，扩展到用果壳、核、泥煤等。活化方法也多种多样，理论研究进壳、核、泥煤等。活化方法也多种多样，理论研究进一步深化。一步深化。v1938年布朗诺尔、埃米特、泰勒年布朗诺尔、埃米特、泰勒(Brunauer,Emmett,Teuer)3人在朗格谬尔人在朗格谬尔(Langmuir)动力学动力学吸附理论的基础上，提出了多分子层吸附理论吸附理论的基础上，提出了多分子层吸附理论(简简称称BET理论理论)和著名的和著名的BET方程。方程。v1943年美国匹斯堡活性炭公司年美国匹斯堡活性炭公司(现在的现在的Calgoh公司公司)首次采用烟煤压块、水蒸气活化工艺制造军用活首次采用烟煤压块、水蒸气活化工艺制造军用活
5、性炭。性炭。目前活性炭的发展v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、空气净化、废水处理、香烟滤嘴、制糖等方面。v原料来源转向煤、石油煤、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v吸附理论和空隙结构研究v体积填充理论v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v吸附剂的孔按规定分为大孔(50nm)、中孔(250nm)和微孔(2nm)。蒸气在大孔大孔中的吸附可用BET多分子层吸附理论多分子层吸附理论描述;在中孔中孔中,可认为先进行多分子层吸附再进行毛细
6、冷凝毛细冷凝;在微孔微孔中的吸附,一般用杜宾宁Dubinin等的微孔容积填充微孔容积填充理论理论(TVFM)描述。微孔容积填充理论v绝大多数吸附理论均认为吸附过程发生在吸附剂表吸附剂表面面。但是,对有些微孔介质微孔介质(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、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、矿物质原料活性炭煤质活性炭：煤质活性炭：以褐煤、泥煤、烟煤、无烟煤石油类活
7、性炭：石油类活性炭：以沥青等为原料炭。(3)、其它原料的活性炭、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、甘蔗渣、纸浆废液、塑料、合成树脂等(4)、再生活性炭：、再生活性炭：（ReactivatedCarbon）,与原活性炭(VirginActiveCarbon)相区分。(1)、气体活化（炭化、气体活化（炭化+活化）活化）采用水蒸气、烟道气采用水蒸气、烟道气(主要成分为主要成分为C02)、空气等含氧气体或混合、空气等含氧气体或混合气体作为活化剂。气体作为活化剂。炭化：炭化：分解反应、氧键断裂反应，脱氧反应。链状分子、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
8、化形成三向网状结构的炭化物。芳香族分子经过炭化形成三向网状结构的炭化物。活化：活化：炭化物的吸附能力低，细孔被杂质堵塞等原因所致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：活化阶段：900下暴露于氧化性气体介质中，除去被吸附下暴露于氧化性气体介质中，除去被吸附质，使被堵塞的细孔开放；并使细孔和通路扩大。质，使被堵塞的细孔开放；并使细孔和通路扩大。活性炭制备方法活化具体过程v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。v第二阶段:扩大原有孔隙。在此阶段，暴露出来的基本
9、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。v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vC+2H2O一2H2+CO2一79.6kJvC十H2O一H2+CO一542.lkJvC+CO2一2CO一712.7kJvZnCl2氯化锌法v原料与浓氯化锌溶液进行混台，让氯化锌浸渍，然后
10、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。v与之类似的还有KOH、H3PO4等。(2)化学药剂活化化学药剂活化（3）、气体、药剂联合法v不同的原料+不同制备方法的组合可以对活性炭的孔隙结构进行调控孔隙结构进行调控，从而制取许多性能不同的活性炭。这种联合方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。活性炭的外观分类v（1）、粉状活性炭一般将90%以上通过80目标准筛或粒度小于0.175mm的活性炭通称粉状活性炭或粉状炭。v粉状活性炭是非常微细的粉末，绝大部分可通过200目筛网(74m)
11、，大部分可通过325目筛网(43m)，粉的尺寸在1150m之间(平均约40m)。v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。某些应用场合活性炭产品进行高度的破碎和筛选，得到微细的粉末。v吸附特定大分子有机物，对于木质活性炭而言，250目的吸附效果比200目提高10.01，325目的比200目提高25.3；对于煤质活性炭而言，250目的吸附效果比200目提高66.2，325目的比200目提高101.5。粉状炭的不足v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
12、已达到微米甚至纳米级。v粉状炭的缺点是再生比较困难再生比较困难，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)。而且通常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，操作困难操作困难，颗粒活性炭v通常把粒度大于0.175mm的活性炭称作颗料活性炭。v成型方式：（1）颗粒状原料炭化；（2）粉状活性炭+粘结剂。颗粒活性炭的应用v较早阶段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再生方法与再生设备的解决，使粒状炭的用量不断上升。加上各种煤制粒状炭的开发，使成
13、本降低，因此粒状活性炭的产量与用量逐渐超过了粉状活性炭。v六十年代以后，随着环境保护事业的发展，各国开始采用和建立大型的粒状活性炭净化自来水的装置和工业废水的净化处理装置。将粒状活性炭装在吸附塔或吸附池内，水以一定的流速通过活性炭装填层，以达到净化的目的。可以间隙或连续操作，失效的粒状炭经再生可多次使用，明显降低了炭的用量。使用中没有二次淤渣和粉使用中没有二次淤渣和粉尘，也改善了操作条件尘，也改善了操作条件。v在气相应用方面，几乎从一开始就主要采用粒状炭，因为粉状炭是难以使气流顺利通过的。v美国六十年代初粒状炭仅占活性炭年总产量的五分之一。而八十年代初，粒状炭与粉状炭己经平分秋色，以后仍成逐步
14、增长的趋势。v我国到七十年代末，粒状炭产量大约仅占年总产量的四分之一，目前已经超过一半。近几年国内再次掀起的“活性炭”热新上马的厂家大都以粒状炭为主，而且更多的是以各种煤为基质原料。纤维状活性碳纤维状活性碳v活性炭纤维是指纤维直径810m活性炭，v以粘胶丝、聚丙烯纤维等为原料，用气体活化制成，比一般活性炭有较大的吸附量、吸附速度和脱吸速度，并有可挠性，能加工成各种形状的织物。v主要目的是揉和粉末活性碳高比表面积、高吸附力及粒状活性碳压降小、可再生的优点，而且具有独特的强度，可二次加工，通常其吸脱附性能也颇良好。表面积高达2500m2/g。活性炭纤维与颗粒的比较活性碳活性碳织物织物v（纤维的二次
15、加工）（纤维的二次加工）过滤过滤+吸附吸附活性炭孔容分类v（1）大孔型活性炭：所含大孔、中孔、微大孔型活性炭：所含大孔、中孔、微孔中，以大孔体积较大的活性炭。孔中，以大孔体积较大的活性炭。v（2）细孔型活性炭：微孔体积较大的活细孔型活性炭：微孔体积较大的活性炭。性炭。第二节第二节、活性炭的微观结构活性炭的微观结构一、碳的存在方式（碳的存在方式（结晶态炭结晶态炭单质的微观结构）单质的微观结构）二、二、活性炭的活性炭的微晶结构微晶结构(一一)、结晶态炭结晶态炭单质单质的微观结构的微观结构1、金刚石金刚石 碳原子：碳原子：SP3杂化；杂化；键长：键长：0.154nm 维度：三维，立体结构维度：三维，
16、立体结构碳原子以共价键的形式有序地排列成碳原子以共价键的形式有序地排列成正四面体正四面体，即每个居正四面体中心的，即每个居正四面体中心的碳原子与四个居顶点的碳原子以共价碳原子与四个居顶点的碳原子以共价键形式联结，形成坚固的骨架结构键形式联结，形成坚固的骨架结构。人造金刚石人造金刚石:2000高温和高温和5.5万个大万个大气压气压“八心八箭”钻石2、石墨碳原子：碳原子：SP2杂化；杂化；键长：键长：0.143nm 层间距：层间距：0.335nm；维度：二维，平面结构。维度：二维，平面结构。v每个层可以看作一个大分子，石墨每个层可以看作一个大分子，石墨整体由许多相互平行的层片组成，整体由许多相互平行的层片组成，二层间就是靠二层间就是靠键（弱连接）联结。键（弱连接）联结。石墨烯v石墨烯是已知的世上最薄、最坚硬的纳米材料，它几乎是完全透明的，只吸收2.3%的光；导热系数高达5300W/mK，常温下其电子迁移率超过15000cm2/Vs，比硅晶体高，而电阻率只约10-8cm，比铜或银更低。v石墨烯实质上是一种透明、良好的导体，也适合用来制造透明触控屏幕、光板、甚至是太阳能电池。3、富勒碳：C60
如PPT文件的首页显示word图标，表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片，仅作为作品整体效果示例展示，禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
