活性炭
CAS号:64365-11-3 分子式:CH4 分子量:16.0400009155273 EINECS号:264-846-4
中文同义词:活性炭;焦炭分子筛;气相吸附用活性炭;针剂用活性炭;活性炭(净化空气);碳分子筛;活性炭(净化水);溶剂回收活性炭
外文名active carbon 性状 粉状或粒状的多孔无定形炭 制备方法 化学活化、物理活化等
特性 微孔结构发达，比表面积和吸附活性大 再生方法 热再生法、电化学再生法等
活性炭应用 污水处理、电极、烟气治理等
活性炭简介
活性炭是一种经特殊处理的炭，将有ji机原料（果壳、煤、木材等）在隔绝空气的条件下加热，以减少非碳成分（此过程称为炭化），然后与气体反应，表面被侵蚀，产生微孔发达的结构 （此过程称为活化）。由于活化的过程是一个微观过程，即大量的分子碳化物表面侵蚀是点状侵蚀 ，所以造成了活性炭表面具有无数细小孔隙。活性炭表面的微孔直径大多在2～50nm之间，即使是少量的活性炭，也有巨大的表面积，每克活性炭的表面积为500~1500m2，活性炭的一切应用，几乎都基于活性炭的这一特点
活性炭是由木质、煤质和石shi油焦等含碳的原料经热解、活化加工制备而成，具有发达的孔隙结构、较大的比表面积和丰富的表面化学基团，特异性吸附能力较强的炭材料的统称
通常为粉状或粒状具有很强吸附能力的多孔无定形炭。由固态碳质物（如煤、木料、硬果壳、果核、树脂等）在隔绝空气条件下经600～900℃高温炭化，然后在400～900℃条件下用空气、二氧hua化碳、水蒸气或三者的混合气体进行氧化活化后获得
炭化使碳以外的物质挥发，氧化活化可进一步去掉残留的挥发物质，产生新的和扩大原有的孔隙，改善微孔结构，增加活性。低温（400℃）活化的炭称L-炭，高温（900℃）活化的炭称H-炭。H-炭必须在惰性气氛中冷却，否则会转变为L-炭。活性炭的吸附性能与氧化活化时气体的化学性质及其浓度、活化温度、活化程度、活性炭中无机物组成及其含量等因素有关，主要取决于活化气体性质及活化温度。
活性炭的含炭量、比表面积、灰分含量及其水悬浮液的pH值皆随活化温度的提高而增大。活化温度愈高，残留的挥发物质挥发愈完全，微孔结构愈发达，比表面积和吸附活性愈大
活性炭中的灰分组成及其含量对炭的吸附活性有很大影响。灰分主要由K2O、Na2O、CaO、MgO、Fe2O3、Al2O3、P2O5、SO3、Cl-等组成，灰分含量与制取活性炭的原料有关，而且，随炭中挥发物的去除，炭中的灰分含量增大。
活性炭分类
中国国家标准将活性炭按照两部分进行分类：一部分按制造使用的主要原材料，另一部分按制造使用的原材料及对应的产品形状组合分类。
活性炭按制造使用的主要原材料分为四类：煤质活性炭、木质活性炭、合成材料活性炭和其他类活性炭。按制造使用主要原材料及对应的产品形状组合分类分为16种类型。其中，煤质活性炭分为：柱状煤质颗粒活性炭、 破碎煤质颗粒活性炭、粉状煤质颗粒活性炭、球形煤质颗粒活性炭。木质颗粒活性炭分为：柱状木质颗粒活性炭、破碎状木质颗粒活性炭、粉状木质颗粒活性炭、球形木质颗粒活性炭。合成材料活性炭分为：柱状合成材料颗粒活性炭、破碎状合成材料颗粒活性炭、粉状合成材料颗粒活性炭、成形活性炭、球形合成材料颗粒活性炭、 布类合成材料活性炭（炭纤维布）、毡类合成材料活性炭（炭纤维毡）。其他类活性炭，指除上述三种类型活性炭外，由其他原材料（如煤沥li青、石you油焦等）制备的活性炭，这类活性炭，在产品形状分类中，暂列了沥青基微球活性炭。详细分类见下表
制造原材料分类 | 产品形状分类 |
煤质活性炭 | 柱状煤质颗粒活性炭 |
破碎煤质颗粒活性炭 | |
粉状煤质颗粒活性炭 | |
球形煤质颗粒活性炭 | |
木质活性炭 | 柱状木质颗粒活性炭 |
破碎状木质颗粒活性炭 | |
粉状木质颗粒活性炭 | |
球形木质颗粒活性炭 | |
合成材料活性炭 | 柱状合成材料颗粒活性炭 |
破碎状合成材料颗粒活性炭 | |
粉状合成材料颗粒活性炭 | |
成形活性炭 | |
球形合成材料颗粒活性炭 | |
布类合成材料活性炭（炭纤维布） | |
毡类合成材料活性炭（炭纤维毡） | |
其他类活性炭 | 沥青基微球活性炭 |
在活性炭各种应用中，国家标准 《活性炭分类和命名》 的附录 A 中， 提供了不同类型活性炭主要用途对照表，该对照表，对指导不同用户选取不同类型的活性炭及其应用提供了方便，详见下表
制造原材料分类 | 产品类型 | 用途 |
煤质活性炭 | 柱状煤质颗粒活性炭 | 气体分离与精制、溶剂回收、烟气净化、脱硫脱硝、水质净化、污水处理、催化剂载体等 |
破碎状煤质颗粒活性炭 | 气体净化、溶剂回收、水体净化、污水处理、环境保护等 | |
球形煤质颗粒活性炭 | 炭分子筛、催化剂载体、防du面具、气体分离与精制、军用吸附等 | |
木质活性炭 | 柱状木质颗粒活性炭 | 气体分离与精制、黄金提取、水质净化、食品饮料脱色等 |
破碎状木质颗粒活性炭 | 净化空气、溶剂回收、水质净化、味精精制、乙酸乙烯合成触媒等 | |
粉状木质活性炭 | 水体净化、注射针剂脱色、糖液脱色、味精及饮料脱色、yao用等 | |
球形木质颗粒活性炭 | 炭分子筛、血液净化、饮料精制、气体分离、提取黄金等 | |
合成材料活性炭 | 柱状合成材料颗粒活性炭 | 气体分离与净化、水体净化、烟气净化、污水处理、环境保护等 |
破碎状合成材料颗粒活性炭 | 净化空气、脱除异味、环境保护、上水与污水处理等 | |
粉状合成材料活性炭 | 水质净化、垃圾焚烧、化工脱色、烟气净化等 | |
成形活性炭 | 净水滤芯、净水滤棒、净空蜂窝体、环境保护、过滤吸附等 |
活性炭再生
再生原理
活性炭再生，是指用物理或化学方法在不破坏其原有结构的前提下，去除吸附于活性炭微孔的吸附质，恢复其吸附性能的过程。活性炭吸附过程中，对吸附质和溶剂都有吸附作用，因亲和力的不同，经过一定时间的吸附，达到吸附平衡。活性炭再生就是要采取办法破坏这种平衡关系，其依据主要为以下几个方面：①改变吸附质的化学性质；②用对吸附质亲和力强的溶剂萃取；③用对活性炭亲和力比吸附质大的物质把吸附质置换出来，然后再使置换物质脱附，活性炭得到再生；④用外部加热、升高温度的办法改变平衡条件；⑤用降低溶剂中溶质浓度（或压力）的方法再生；⑥使吸附物（有ji机物）分解或氧化而除去
再生方法
（1）热再生法
热再生法是应用zui成熟的活性炭再生方法。处理有ji机废水后的活性炭在再生过程中，根据加热到不同温度时有ji机物的变化，一般分为干燥、高温炭化及活化3个阶段。在干燥阶段，去除活性炭上的水分等可挥发性成分。高温炭化阶段是使吸附在活性炭上的部分有ji机物汽化脱附，部分有ji机物发生分解，以小分子物质脱附出来，残余的成分留在活性炭孔隙内成为固定炭。活化阶段是通入CO2、CO或水蒸气等气体，清理活性炭内部结构的微孔，使其恢复吸附活性。再生工艺的核心是活化阶段
热再生法的再生效率比较高，时间短，应用比较范围广泛，但再生过程中炭损失较大，可达5%～10%。同时再生后的炭机械强度有所下降，吸附效率也会有所降低，多次重复再生后丧失吸附性能
（2）生物再生法
利用微生物的新陈代谢，将吸附在活性炭上的污染物质氧化降解的方法称作生物再生法。活性炭的孔径一般只有几纳米，微生物很难进入其孔隙内部，通常微生物细胞酶可以流至细胞胞外，通过活性炭对酶的吸附，在炭表面形成酶促中心，分解污染物，达到再生的目的。生物法的投资和运行费用相对较低，但再生时间较长，水质和温度对再生效果的影响很大。同时，微生物处理污染物的选择性很强，且一般不能将所有的有ji机物彻底分解成CO2和H2O，其中间产物仍残留在微孔中，多次循环后再生效率会明显降低
（3）湿式氧化再生法
湿式氧化再生法是指在高温高压的条件下，用氧气或空气作为氧化剂，将处于液相状态下吸附的有ji机物氧化分解成小分子物质的一种处理方法湿式氧化再生法操作比较简单、对吸附能力的影响小，炭损失率较低，通常适合处理du性高，生物难降解的有ji机物。 [10]
以上均为传统再生方法，通常，传统的活性炭再生方法还有以下共同的不足：①活性炭损失较大；②再生后吸附能力会有明显下降；③再生时产生的尾气会造成二次污染
（4）微波辐射再生法
微波辐射再生法是采用热再生法的原理而逐渐发展起来的活性炭再生方法。活性炭所吸附的吸附质中大多数是强极性物质，它们比活性炭吸收微波的能力强，因此可以用热解吸的方法来再生。吸附的极性分子，由于微波辐射诱导而极化，相互碰撞、摩擦产生高热量，从而将微波能量转化为热能。被吸附的水和有ji机分子受热挥发和炭化，孔道重新打开，恢复吸附活性。同时，活性炭本身吸收微波而升温，因温度过高而燃烧，导致燃烧失去一部分炭，炭孔径扩大
微波再生方法的特点是加热时间短、再生效率高，同时因为加热过程中是进行选择性加热，能耗很低。然而，微波再生方法还不够成熟，很多重要问题需要亟待解决：①微波加热的机理研究不够深入，需要建立模型，获得更均匀的微波场；②微波发生器大多由家用微波炉改装，专业的微波再生加热装置亟待设计和开发
（5）超临界流体再生法
超临界流体（SCF）的优点是密度大，溶解度大，传质速率高，扩散性能好，表面张力小。吸附的有ji机物非常容易溶于SCF溶剂。通过改变温度和压力，可以有效地将有ji机物与SCF分离，达到活性炭再生的目的
超临界流体（SFE）法再生活性炭中，zui常用的超临界流体为超临界CO2。该法对吸附类型是化学吸附的有ji机物再生效率不高，同时对工艺的技术及设备材料的要求比较高，投资费用大。该方法的研究还大都处于实验室规模，离实现工业化还有一定差距
（6）电化学再生法
电化学再生法是一种的新型活性炭再生方法，近几年研究非常活跃。在两电极之间，填充吸附饱和后的活性炭，同时加入一定的电解液，通入直流电场，活性炭在电场作用下极化，一端呈阳极，另一端呈阴极，形成微电解槽，分别发生还原反应和氧化反应，吸附在活性炭上的大部分污染物发生分解，小部分发生脱附。该方法操作简单、效率高、能耗低，处理对象相对广泛
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