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球形活性炭具有均匀光滑的外表 有流动性 易于流动 在固定床使用中 对气体 或液体的流动阻力小 作为一种新型吸附材料它正越来越广泛的受到重视并逐渐在各个领域 得到应用 本文概述了几种球形活性炭的制备 性能 应用现状以及今后的发展前景
     活性炭是优质的吸附剂 具有独特的孔隙结构和表面活性官能团 有足够的化学稳定 性和一定的机械强度 耐高温 耐酸碱 不溶于水和有机溶剂 并且能够再生循环使用 根据形状的不同 可分为粉末状活性炭 颗粒状活性炭 纤维状活性炭 球形活性炭等
     由于形状上的差异和不同的吸附性能 活性炭被广泛的应用于各个领域 球形活性炭具有独特的 特点  外表为球形 表面光滑 耐磨性好 填充密度高 颗粒分布均匀 有利于流体匀速 通过 流动阻力小 孔径分布易于控制 较快的吸附脱附速度以及良好的生物相容性 因此 近年来在环境保护 化学防护 生物医学及催化剂载体等方面 球形活性炭得到了越来越的 应用 本文概述球形活性炭及其应用新进展

球形活性炭的分类
      与其它形状的活性炭相比 对球形活性炭的研究报道较少 难以进行全面系统的分类 根据目前的报道 球形活性炭按原料不同可分为三类   高分子基 煤基 沥青基球形活性炭
1.高分子基球形活性炭
      高分子基球形活性炭的制备有两种方法  一种是由离子交换树脂为前驱体置备球形树 脂 再经过固化 炭化 活化即得到这种球形炭化树脂 制造球形炭化树脂的前驱体有苯乙 烯-二乙烯共聚物 聚丙烯酯 聚偏二氯乙烯 酚醛树脂等
      另一种高分子基球形活性炭是乌克兰科学家提出的合成活性炭 其高分子微球的制备与球形炭化树脂相似 然后将得到的多孔球形颗粒热解和活化后制备出合成活性炭 其前驱体主要有苯乙烯和乙烯吡啶共聚物 苯乙烯和二乙烯苯共聚物 纤维素和聚丙烯酯共聚物 苯
酚甲醛树脂等 合成活性炭与以天然原料活性炭有不同的性质 合成活性炭不喊矿物杂质 具有双分散孔隙结构 次微孔和中孔 以及极窄的孔径分布 还具有高强度 而这种高强度与烧失率无密切关系 高分子基球形活性炭机械强度高 孔径分布较易控制 杂质含量极低 但是制造工艺复杂 原料成本高 比表面积小 广谱吸附性能较差
2  煤基球形活性炭
       煤基球形活性炭是70 年代后由日本 前苏联 中国等国家开发的新产品  其制造设
备和工艺较简单 原煤经破碎 磨细后 为提高活性炭的强度和造球速度 要加入一定的粘结剂和水 然后采用圆盘式造球机滚动成型 煤基球形活性炭不用煤焦油而且造粒过程中的废料可反复利用 减少了对人体的危害和对环境的污染 以煤为原料制备球形活性炭成本较低 但是存在灰份含量高 机械强度差 球形度低 吸附性能较差等缺点 限制了它进一步的应用
3  沥青基球形活性炭
       沥青基球形活性炭可分为中间相微球活性炭和普通沥青基球形活性炭 中间相微球活性炭以中间相沥青为原料 利用热分解过程形成中间相微球 通过溶剂抽提或离心分离的方法分离出来 进一步加工成活性炭  这种产品的比表面积高达5000m /g                           可用于存储甲烷天然气 或用于分离CO2 和其它大气成分普通沥青基球形活性炭按原料可分为煤沥青基和石油沥青基球形活性炭 在80 年代后期逐渐进入工业化阶段并在许多领域得到广泛应用 其制备工艺如下
        a.对原料沥青有一定的要求并做加工 原料沥青有要求 软化点在100                             -250  内 最好在150-250
        b.沥青中添加某种添加剂 以调整沥青的粘度 流动性和软化点 添加剂改变沥青的理化性质 增加沥青的流动性 降低沥青的软化点 降低粘结性 添加剂的种类一般选用芳香烃 要求这种添加剂能和沥青互溶 又容易从成型的球体内部脱除 如萘等 添加剂的用量一般是沥青重量的5%-50%
        c. 用合适的方法造球 使生成的球具有预定的直径 成球的好坏是产品的关键之一
常用的成球方法有三种 第一，在分散的介质中用高速搅拌的办法使配制好的沥青 添加剂混合 物分散成球；第二，使混合物通过喷嘴 滴到合适的液体中 如水中 形成小球冷却 固化 第三，混合物熔融后通过喷嘴挤成长条 长条与水一起在流速0.5-5m/s 的速度下流经输送带 进行冷却和拉引 形成直径0.2-2.5mm 的细条 细条切成长径比为1:5 的短条料 短条料放入热水中 热水温度保持在混合物的软化点之上 是短条料熔融 利用表面张力变成球型固体 在这些方法中 要使球体悬浮在液相介质中 防止粘结和成团 要加入分散剂 所用的分散剂有部分皂化聚醋酸乙烯 聚乙烯醇 甲基纤维素 聚乙烯及其盐 聚乙二酸及醚类衍生物和内酯衍生物 淀粉凝胶等水溶性高分子化合物 使用时既可以选用上述的一种或两种也可以与其它的表面活性剂配合使用 分散剂在水中的浓度在0.05-5%范围
        d.用抽提的方法或气相挥发的方法把球体内部的添加剂脱除 以形成具有多孔性的 沥青球
        e.  对沥青球进行不熔化处理 最后进行炭化和活化 沥青基球形活性炭机械强度高 杂质含量低 球形度高 表面光滑 广谱吸附性能好且原料沥青来源丰富 价格低廉 但其制备工艺和设备较复杂 沥青球的不熔化处理阶段仍然存在一些技术问题 实际应用中常用的气相氧化处理时间长能耗大 制约了其产量 若采液相氧化处理,得到的沥青球要进行彻底的清洗 将产生大量的废液 如处理不当会造成严重的环境污染

球形活性炭应用新进展
1 作为环境保护材料
         环境保护是球形活性炭极具潜力的应用领域 目前 主要是应用球形活性炭的吸附性能针对废气 废水进行净化处理 文献报道了O2 和H2O 对沥青基球形活性炭吸附SO2性能的影响 结果表明 O2 和H2O 均能提高沥青基球形活性炭对SO2  的吸附能力 在有O2 和H2O 共存下可用于连续脱除SO2    杨俊兵等研究了酚醛树脂基球形活性炭对苯蒸气的吸附性能 结果表明 该活性炭对苯蒸气具有良好的吸附脱附性能 经多次循环使用 该球形活性炭对苯蒸气的吸附量变化很小
         以球形活性炭为吸附剂处理含RDX(氮杂环化合物CHNO )废水 可使RDX 废水浓度从20-70mg/L 降到1.5mg/L 以下 出水能够达到国家一级排放标准 吸附饱和的球形活性炭可在6.8%的NaOH 溶液中煮沸30min 进行多次重复再生 循环使用
2 作为化学防护材料
         德 美 以色列等国家利用球形活性炭对毒剂及化学气体动态吸附量高的特点 开发除了Saratoga  织物[12]   该织物坚固耐用 不起灰 无刺激 易洗涤 用该织物已生产出了全身型透气式防护服 抗皱内衣 飞行服 海军及民防的专用服装 消毒衣等 该织物可取
代活性炭纤维织物以克服性脆易损 填充量有限的缺点
3 作为生物医学材料
         炭材料具有良好的生物相容性和生物化学相容性 球形活性炭具有优良的物理-机械性能和吸附性能 是一种良好的医用活性吸附材料 目前 对球形活性炭在生物医学领域的应用已有大量的研究报道[13-15],主要有三个方面 血液净化 作为药物的活性组分 作为口服 吸附材料 应用于血液净化的球形活性炭要求杂质含量低 机械强度高 使用是无颗粒脱落表面光滑 因此多为沥青基或高分子基球形活性炭 作为活性组分用于药物治疗的球形活性炭 最佳粒径为0.1-1.0mm  对肠肠皮肤炎溃疡等都有较好的疗效                      川崎 等试制的球形活性炭作为口服吸附材料 粒径0.2 -0.3mm  让有肝障碍和肾障碍的狗服用后延长了狗的寿命 研究表明 球形活性炭吸附了引起障碍的物质 并通过它们排出体外 减少了体内毒物的积累速度 另外 已有临床试验证实了口服吸附材料球形活性炭作为透析疗法的辅助手段对延缓透析导入时间 减少透析的时间性和频率有效
4 作为催化剂载体
        球形活性炭独特的形状决定了它在固定床的装填中具有良好的流体力学性能 而且多孔炭材料作为催化剂载体已有广泛的应用 所以应用球形活性炭作为催化剂载体能够结合两方面的优点 例如 选用直径为0.3-2mm 的球形活性炭作为载体 与贵金属钌 铑 钯中的一种或合金或相互混合等形式制成的催化剂都可用于 卤代羧酸的脱卤过程其中球形活性炭载钯制成的催化剂特别适用于催化加氢 能将一氯乙酸中微量的二氯乙酸和三氯乙酸转化为一氯乙酸 达到纯化一氯乙酸的目的 

结语及建议
        球形活性炭因其优良的综合性能越来越受到人们的重视 但球形活性炭在生产和应用领域还有许多方面需要进行改进和进行更深入的研究 作者建议从以下几个方面进行工作
       1 改进球形活性炭的生产工艺 降低生产成本和价格 球形活性炭的价格相对于普通活性 炭仍然较高 这是制约其大规模工业应用的一个重要因素 廉价的球形活性炭制造技术将是今后的发展方向 另外 生产技术工艺也要进行进一步的改进 例如 生产沥青基球形活性炭如何有效的缩短沥青球的不熔化时间和大量生产时沥青球如何进行均匀活化等
       2  注意对表面改性和孔结构控制的研究 球形活性炭与普通活性炭一样 其吸附作用主要与两个因素密切相关 一是比表面积和孔结构 二是表面官能团和种类和数量 目前球形活性炭的应用更趋于高功能化和高品质化 因此在制造和后处理过程中根据不同需要有意识的控制 调整细孔分布和表面官能团 球形活性炭的应用将更有针对性拓宽应用领域 球形活性炭作为一种新材料 其性能与用途还有待与进一步的研究和开发 随着我国假如WTO           ISO14000  ISO18000 的实施 球形活性炭在环境保护 劳动防护等方面将得到更多的应用 尤其在环保方面 开发利用球形活性炭处理工业废水 废气及室内气体净化的新工艺 由于球形活性炭良好的流体力学性能 有望解决压降 装填方式等问题 能为进一步开拓球形活性炭的应用提供条件

 球形活性炭（Spherical Active Carbon, SAC），其体形结构为至少含有一层由活性炭材料制成的球形外壳，球形外壳内是球形内核体，可由不同于球形外壳材料的无机材料制作，球形外壳的直径可达10mm，球形外壳壁厚不小于0.5mm，最好为1-1.5mm。本实用新型揭示的球形活性炭，由于内核体可由不同于球形外壳材料的无机材料制成，球形活性炭的比表面积可高达500-1000m2/g，有利于球形活性炭构成材料性能充分发挥。另外，由于球形活性炭之间形成的流体流道流体力学性能好，流体通过活性炭层压力降小，因此特别适用于床内活性炭堆砌层高度大的固定床气体处理装置。