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活性炭按生产方法可分物理水蒸气法和化学法生产,这里着重说一下物理水蒸气法的生产,一般生产分为两个过程,第一步,炭化,将原料在170至600的温度下干燥,同量将其80%r有机组织炭化。
第二步,活化,将第一步已炭化好的炭化料送入反应炉中,与活化剂和水蒸气反应,完成其活化过程,制成成品。
在吸热反应过程中,主要产生CO及H2组合气体,用以将炭化料加热至适当的温度(800至1000度),除去其所有可分解物,产生丰富的孔隙结构及巨大的比表面积,使活性炭具有很强的吸附力。
不同的原料生产的活性炭具有不同的孔径,其中以椰壳为原料的活性炭的孔径最小,木质活性炭的也孔径一般较大,煤质活性炭的孔径介于两者间。
活性炭孔径一般分为三类:
大孔:
1000-1000000A过渡孔:
20-1000A微孔:
20A 根据以上特性可以看出,针对不同的吸附对象,需选用相应的活性炭,以做到最好的性价比,因此,一般在液相吸附中,应选用较多过渡孔径及平均孔径较大的活性炭。
活性炭应用:
根据活性炭的吸附特点,活性炭主要用于除去水中的污染物、脱色、过滤净化液体、气体,还用于对空气的净化处理、废气回收(如在化工行业里对气体"
苯"
的回收)、贵重金属的回收及提炼(比如对黄金的吸收)。
随着科学的发展,活性炭的用途也越来越广泛,随着国家对生态环境的重视,活性炭也了挥着越来越大的作用。
活性炭是利用优质无烟煤、木炭或各种果壳等作为原料,通过物理或化学方法经过特殊工艺加工的,具有发达孔隙结构和比表面积的一种碳制品,由于活性炭这种特殊的空隙结构,使得它具有极强的吸附能力,因此被广泛用于空气净化、防毒防护、水处理、溶剂脱色等工业及民用领域。
近年来,随着人们对活性炭的逐步认识,活性炭市场也飞速发展,但在发展的同时,各种质量低劣的活性炭产品也趁虚而入,严重影响了活性炭市场的正常发展,给消费者造成不良的后果。
为了让消费者能够选择到放心的产品,这里就如何选择优质活性炭做一个简要的说明。
活性炭虽然在外型和用途方面可以有许多品种,但活性炭有一个共同的特性,那就是“吸附性”。
活性炭产生吸附性的原因就是因为它有发达的孔隙结构,就象我们所见到的海绵一样,在同等重量的条件下,海绵比其他物体能吸收更多的水,原因也是因为它具有发达的孔隙结构。
但活性炭的这种孔隙结构是肉眼无法看见的,因为他们只有1×
10-12mm—10-5mm之间,比一个分子大不了多少。
活性炭孔隙发达的程度是难以想象的,若取1克活性炭,将里面所有的孔壁都展开成一个平面,这个面积将达到1000平方米(既比表面积为1000g/m2)影响活性炭吸附性的主要因素就取决于内部孔隙结构的发达程度。
在生产过程中,提高活性炭吸附性能的唯一办法就是控制生产工艺,使单位体积内尽可能多地增加活性炭的孔隙结构。
因此吸附性越高的活性炭由于含有大量的孔隙,使得其本身的密度变得越来越小,这就是为什么吸附性越好的活性炭手感越轻的原因(前提是使用同一种原料生产,没有浸过水或吸附过其他物质)。
同时随着吸附性的提高活性炭的生产成本也就越高,而且是呈几何级数增长,这就是市场上有用低吸附活性炭冒充高吸附活性炭销售的动机。
为了统一标准,使生产可控制化,在活性炭行业中通常用碘吸附值或四氯化碳吸附值(CTC)来标定活性炭的吸附值,吸附值越高,活性炭的吸附能力就越强。
2.活性炭的鉴别
了解了以上几点,我们就不难判断出活性炭性能的好坏了。
吸附值越高活性炭性能就越好。
那么在无检测设备的情况下如何简单识别活性炭吸附值的高低呢?
这里介绍几种比较容易的方法供参考。
@、直接看厂家提供的指标。
活性炭常用吸附指标主要有:
碘吸附值、四氯化碳(CTC)吸附值等
@、用手掂重量。
上面已经介绍过了,要想提高活性炭的吸附性能,只有尽可能多地在活性炭上制造孔隙结构,孔隙越多,活性炭越酥松,相对密度也就会越轻,因此好的活性炭手感上会比较轻,在同等重量包装的情况下,性能好的活性炭会比劣质活性炭体积大许多。
@、看气泡。
将一小把活性炭投入水中,由于水的渗透作用,水会逐渐浸入活性炭的孔隙结构中,迫使孔隙中的空气排出,从而产生一连串的极为细小的气泡,在水中拉出一条细小的气泡线,同时会发出丝丝的气泡声,十分有趣。
这种现象发生得越剧烈,持续时间越长,活性炭的吸附性就越好。
@、看脱色能力。
活性炭吸附能力的另一个表现就是脱色能力,活性炭具有能将有色液体变成浅色或无色的神奇能力,这其实就是因为活性炭吸附了有色液体里的色素分子的原因造成的。
正因为活性炭的这种特性,被广泛应用于制糖工业领域中红糖变白糖的生产过程中。
取两只透明杯子,在一只杯子里放入纯净水,然后滴入一滴红墨水(这里可以用任何一种便于观察但不改变水的性质的色素都可以,例如蓝墨水、打印机彩色墨水,但不能使用墨汁和碳素墨水),搅拌均匀后将一半有色水倒入另一个杯子中留作对比样。
将活性炭放入有色水中,数量应达到水的一半或更多,这样效果会比较明显,静置10—20分钟后与对比水样进行对照,在同等条件下,脱色效果越强说明活性炭吸附性越好。
选购活性炭还应注意以下几点:
1、活性炭包装最好是密封包装的。
因为在空气中或多或少地弥漫着各种有机大分子物质,特别是象在刚装修不久的商店或家里的储藏柜里酚醛类物质浓度极大,这些物质都会被活性炭所吸附,日积月累,活性炭的吸附性能会因为吸附了这些物质而降低甚至无法使用。
因此越是吸附值高的活性炭越应该采用密封包装以防止活性炭性能被外界干扰。
2、现在市场上出现的假冒活性炭有的是用活性炭的半成品“炭化料”来冒充,炭化料只有经过“活化”过程才能成为真正的活性炭,而活化过程正是活性炭制造工艺中最重要的制造孔隙结构的过程。
缺少了这个过程的炭化料可以说几乎没有任何吸附性能,使消费者受害不浅。
炭化料由于没有进行活化造孔的过程,所以表面要比活性炭光洁,且颜色发白,略有金属光泽,手感上要比活性炭硬,且重量也重许多。
还有相当一部分的假冒活性炭采用的是劣质原料搀硅藻土烧制,其碳含量极低,大部分为无活性的物质,这种碳颜色相对较白,手感非常重,颗粒长度较长,强度也很高,互相碰撞会发出类似陶瓷敲击时的清脆声音,用手掰开会发现断面上有白色细小颗粒,大家选购时一定要注意以免上当。
活性炭自1900年问世以来,其应用历程当中经历了两件大事,一是在20世纪20年代第一次世界大战中被用于制造防毒面具;
二是在20世纪40年代数以百计的自来水厂用活性炭脱臭。
活性炭的吸附性源于其独特的分子构造,活性炭的内部有很多孔隙,每克活性炭的内部孔隙如果铺展开来可达到500~1700平方米,正是这种独特的内部构造,使得活性炭具有优异的吸附能力,活性炭的应用非常广泛,比如:
糖的脱色,军用防毒面具,过滤嘴,空气净化器,自来水厂水处理,饮用水净化,解毒,醒酒,治理放射元素污染,降低土壤中残留农药,调理土壤性能,治理室内甲醛,蔬菜保鲜,等等。
活性炭是一种经特殊处理的炭,具有无数细小孔隙,表面积巨大,每克活性炭的表面积为500-1500平方米。
活性炭有很强的物理吸附和化学吸附功能,而且还具有解毒作用。
解毒作用就是利用了其巨大的面积,将毒物吸附在活性炭的微孔中,从而阻止毒物的吸收。
同时,活性炭能与多种化学物质结合,从而阻止这些物质的吸收。
2.1活性炭的分类
在生产中应用的活性炭种类有很多。
一般制成粉末状或颗粒状。
粉末状的活性炭吸附能力强,制备容易,价格较低,但再生困难,一般不能重复使用。
颗粒状的活性炭价格较贵,但可再生后重复使用,并且使用时的劳动条件较好,操作管理方便。
因此在水处理中较多采用颗粒状活性炭.
2.2活性炭吸附
活性炭吸附是指利用活性炭的固体表面对水中的一种或多种物质的吸附作用,以达到净化水质的目的。
2.3影响活性炭吸附的因素
吸附能力和吸附速度是衡量吸附过程的主要指标.吸附能力的大小是用吸附量来衡量的。
而吸附速度是指单位重量吸附剂在单位时间内所吸附的物质量。
在水处理中,吸附速度决定了污水需要和吸附剂接触时间。
活性炭的吸附能力与活性炭的孔隙大小和结构有关。
一般来说,颗粒越小,孔隙扩散速度越快,活性炭的吸附能力就越强。
污水的pH值和温度对活性炭的吸附也有影响。
活性炭一般在酸性条件下比在碱性条件下有较高的吸附量.吸附反应通常是放热反应,因此温度低对吸附反应有利。
当然,活性炭的吸附能力与污水浓度有关。
在一定的温度下,活性炭的吸附量随被吸附物质平衡浓度的提高而提高。
3、活性炭在污水处理中的应用
由于活性炭对水的预处理要求高,而且活性炭的价格昂贵,因此在废水处理中,活性炭主要用来去除废水中的微量污染物,以达到深度净化的目的。
3.1活性炭处理含铬废水
铬是电镀中用量较大的一种金属原料,在废水中六价铬随pH值的不同分别以不同的形式存在。
活性炭有非常发达的微孔结构和较高的比表面积,具有极强的物理吸附能力,能有效地吸附废水中的Cr(Ⅵ).活性炭的表面存在大量的含氧基团如羟基(-OH)、羧基(-COOH)等,它们都有静电吸附功能,对Cr(Ⅵ)产生化学吸附作用。
完全可以用于处理电镀废水中的Cr(Ⅵ),吸附后的废水可达到国家排放标准.
试验表明:
溶液中Cr(Ⅵ)质量浓度为50mg/L,pH=3,吸附时间1.5h时,活性炭的吸附性能和Cr(Ⅵ)的去除率均达到最佳效果.
因此,利用活性炭处理含铬废水的过程是活性炭对溶液中Cr(Ⅵ)的物理吸附、化学吸附、化学还原等综合作用的结果。
活性炭处理含铬废水,吸附性能稳定,处理效率高,操作费用低,有一定的社会效益和经济效益。
3.2活性炭处理含氰废水
在工业生产中,金银的湿法提取、化学纤维的生产、炼焦、合成氨、电镀、煤气生产等行业均使用氰化物或副产氰化物,因而在生产过程中必然要排放一定数量的含氰废水。
活性炭用于净化废水已有相当长的历史,应用于处理含氰废水的文献报道也越来越多.但由于CN_、HCN在活性炭上的吸附容量小,一般为3mgCN/gAC~8mgCN/gAC(因品种而异,在处理成本上不合算。
3.3活性炭处理含汞废水
活性炭有吸附汞和含汞化合物的性能,但吸附能力有限,只适宜于处理含汞量低的废水。
如果含汞的浓度较高,可以先用化学沉淀法处理,处理后含汞约1mg/L,高时可达2-3mg/L,然后再用活性炭做进一步的处理。
3.4活性炭处理含酚废水
含酚废水广泛来源于石油化工厂、树脂厂、焦化厂和炼油化工厂。
经实验证明:
活性炭对苯酚的吸附性能好,温度升高不利于吸附,使吸附容量减小;
但升高温度达到吸附平衡的时间缩短。
活性炭的用量和吸附时间存在最佳值,在酸性和中性条件下,去除率变化不大;
强碱性条件下,苯酚去除率急剧下降,碱性越强,吸附效果越差。
3.5活性炭处理含甲醇废水
活性炭可以吸附甲醇,但吸附能力不强,只适宜于处理含甲醇量低的废水。
工程运行结果表明,可将混合液的COD从40mg/L降至12mg/L以下,对甲醇的去除率达到93.16%~1
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