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　活性炭是传统而现代的人造材料，又称活性碳。自从问世一百年来，活性炭应用领域日益扩展，应用数量不断递增。回述炭应用的历史，记载如下： 　　

[1]活性炭是一种很细小的炭粒 有很大的表面积，而且炭粒中还有更细小的孔——毛细管。这种毛细管具有很强的吸附能力，由于炭粒的表面积很大，所以能与气体（杂质）充分接触。当这些气体（杂质）碰到毛细管被吸附，起净化作用。活性炭的表面积研究是非常重要的，活性炭的比表面积检测数据只有采用BET方法检测出来的结果才是真实可靠的，国内目前有很多仪器只能做直接对比法的检测，现在国内也被淘汰了。目前国内外比表面积测试统一采用多点BET法，国内外制定出来的比表面积测定标准都是以BET测试方法为基础的，请参看我国国家标准（GB/T 19587-2004）-气体吸附BET原理测定固态物质比表面积的方法。比表面积检测其实是比较耗费时间的工作，由于样品吸附能力的不同，有些样品的测试可能需要耗费一整天的时间，如果测试过程没有实现完全自动化，那测试人员就时刻都不能离开，并且要高度集中，观察仪表盘，操控旋钮，稍不留神就会导致测试过程的失败，这会浪费测试人员很多的宝贵时间。F-Sorb 2400比表面积测试仪是真正能够实现BET法检测功能的仪器（兼备直接对比法），更重要的F-Sorb 2400比表面积测试仪是迄今为止国内唯一完全自动化智能化的比表面积检测设备，其测试结果与国际一致性很高，稳定性也很好，同时减少人为误差，提高测试结果精确性。 　　活性炭对各气体的吸附能力（单位：ml/cm3)： 　　H2、 O2、N2、Cl2、CO2 　　4.5 、35、11、494、97 　　影响活性炭吸附的主要因素　　①活性炭吸附剂的性质 　　其表面积越大，吸附能力就越强； 活性炭是非极性分子，易于吸附非极性或极性很低的吸附质；活性炭吸附剂颗粒的大小，细孔的构造和分布情况以及表面化学性质等对吸附也有很大的影响。 　　②吸附质的性质 　　取决于其溶解度、表面自由能、极性、吸附质分子的大小和不饱和度、附质的浓度等 　　③废水PH值 　　活性炭一般在酸性溶液中比在碱性溶液中有较高的吸附率。 　　PH值会对吸附质在水中存在的状态及溶解度等产生影响，从而影响吸附效果。 　　④共存物质 　　共存多种吸附质时，活性炭对某种吸附质的吸附能力比只含该种吸附质时的吸附能力差 　　⑤温度 　　温度对活性炭的吸附影响较小 　　⑥接触时间 　　应保证活性炭与吸附质有一定的接触时间，使吸附接近平衡，充分利用吸附能力。 　　活性炭化学性 　　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。这些表面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。有时还会生成表面硫化物和氯化物。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。 　　活性炭催化性 　　活性炭在许多吸附过程中伴有催化反应，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表面含氧化合物或络合物的存在，对多种反应具有催化剂的活性，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，烯烃的氧化反应也能催化进行，而且速度快、选择性高。 　　由于活性炭具有发达的细孔结构、巨大的内表面积和很好的耐热性、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、异构化等的反应中，活性炭是铂、钯催化剂的优良载体。 　　活性炭机械性 　　(1)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。 　　(2)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。 　　(3)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。 　　(4)强度：即活性炭的耐破碎性。 　　(5)耐磨性：即耐磨损或抗磨擦的性能。 　　这些机械性质直接影响活性炭应用，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；破碎性影响活性炭使用寿命和废炭再生。

　　一、活性炭的用途 　　1、空气净化 　　2、污水处理场排气吸附 　　3、饮料水处理 　　4、电厂水预处理 　　5、废水回收前处理 　　6、生物法污水处理 　　7、有毒废水处理 　　8、石化无碱脱硫醇 　　9、溶剂回收（因为活性炭可吸附有机溶剂） 　　10、化工催化剂载体 　　11、滤毒罐　　12、黄金提取 　　13、化工品储存排气净化 　　14、制糖、酒类、味精医药、食品精制、脱色 　　15、乙烯脱盐水填料 　　16、汽车尾气净化 　　17、PTA氧化装置净化气体 　　18、印刷油墨的除杂 　　二、活性炭的种类 　　由于原料来源、制造方法、外观形状和应用场合不同，活性炭的种类很多，到目前为止尚无精确的统计材料，大约有上千个品种。 　　按原料来源分　　1. 木质活性炭 　　2. 兽骨、血炭 　　3. 矿物质原料活性炭 　　4. 其它原料的活性炭 　　5. 再生活性炭 　　按制造方法分　　1. 化学法活性炭（化学炭） 　　2. 物理法活性炭 　　3. 化学–物理法或物理–化学法活性炭 　　按外观形状分　　1. 粉状活性炭 　　2. 颗粒活性炭 　　3. 不定型颗料活性炭 　　4. 圆柱形活性炭 　　5. 球形活性炭 　　6. 其它形状的活性炭

　　大孔 半径>20 000nm 　　过渡孔 半径150 ～20 000nm 　　微孔 半径< 150nm 活性炭的表面积主要是由微孔提供的，

◎石化行业　　无碱脱臭（精制脱硫醇）——重催的精制装置 　　乙烯脱盐水（精制填料）——乙烯装置 　　催化剂载体（钯、铂、铑等）——苯乙烯、连续重整装置 　　水净化及污水处理——上水及下水的深度处理 　　◎电力行业　　电厂水质处理及保护——锅炉装置 　　◎化工行业　　化工催化剂及载体、气体净化、溶剂回收、及油脂等的脱色、精制 　　◎食品行业　　饮料、酒类、味精母液及食品的精制、脱色 　　◎黄金行业　　黄金提取——适用炭浆法、堆浸法提金工艺 　　尾液回收——金矿的废物利用及环境保护 　　◎环保行业 　　用于污水处理、废气及有害气体的治理、气体净化 　　◎相关行业　　香烟滤嘴、木地板防潮、吸味、汽车汽油蒸发污染控制，各种浸渍剂液的制备等,比如活性炭可以作为活性碳罐的填充物用来生产摩托车碳罐 汽车碳罐等。 　　活性炭吸附法在水处理中的应用 　　活性炭吸附广泛应用于在城市污水处理、饮用水及工业废水处理。 　　⑴城市污水处理 　　废水中的一些有机物是难于为微生物或一般氧化法所氧化分解的，如酚、苯、石油及其产品、杀虫剂、洗涤剂、合成染料、胺类化合物以及许多人工合成有机物，经生化处理后很难达到对排放要求较高的水体中排放的标准，也严重影响废水的回用，因此需要深度处理。 　　由于活性炭对有机物的吸附能力大，在废水深度处理中得到广泛的应用，具有以下优点： 　　①处理程度高，城市污水用活性炭进行深度处理后，BOD可降低99%，TOC可降到1～3mg/L。 　　②应用范围广，对废水中绝大多数有机物都有效，包括微生物难于降解的有机物。 　　③适应性强，对水量及有机物负荷的变动有较强的适应性能，可得到稳定的处理效果。 　　④粒状炭可进行再生重复使用，被吸附的有机物在再生过程中被烧掉，不产生污泥。 　　⑤可回收有用物质，例如用活性炭处理含酚废水，用碱再生吸附饱和的活性炭，可以回收酚钠盐。 　　⑥设备紧凑、管理方便。 　　⑵饮用水深度处理中的应用 　　活性炭吸附是建立在常规给水处理基础上，一般设置在砂过滤之后，也可与砂滤料组成双层滤料过滤或以活性炭过滤代替砂过滤。 　　在利用活性炭吸附进行饮用水深度处理的过程中，发现在活性炭滤料上生长有大量的微生物，使出水水质提高且再生延长，于是发展了一种经济有效的去除水中的微污染物质的生物活性炭工艺，流程为原水—（加入混凝剂）—澄清—过滤（加入臭氧）再利用活性炭吸附，最后是出水。 　　⑶工业废水处理中的应用 　　很多工业废水很难或不能采用生化处理，采用其他方法时，有的不能达到排放标准，或运行费用较高，或操作较麻烦等，例如有毒的有机化合物和某些金属及其化合物等。工程实践表明，活性炭对这些物质有很强的吸附能力。

　　活性炭目前在环境保护，工业与民用方面己被大量使用,并且取得了相当的成效,然而活性炭在吸附饱合被更换后,使用单位均将其废弃,掩埋或烧掉,造成资源的浪费和对环境的再污染。 　　活性炭吸附是一个物理过程，因此还可以采用高温蒸汽将使用过的活性炭内之杂质进行脱附，并使其恢复原有之活性，以达到重复使用的目的，具有明显的经济效益。 　　再生后的活性炭其用途仍可连续重复使用及再生。 　　活性炭再生技术的发展 　　随着活性炭的应用范围日趋广泛,活性炭的回收开始得到了人们的重视。如果用过的活性炭无法回收,除了每吨废水的处理费用将会增加0.83～0.90元外，还会对环境造成二次污染。因此,活性炭的再生具有格外重要的意义。 　　1传统活性炭再生方法 　　1.1热再生法 　　热再生法是目前应用最多,工业上最成熟的活性炭再生方法。处理有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机物的变化,一般分为干燥、高温炭化及活化三个阶段。在干燥阶段,主要去除活性炭上的可挥发成分。高温炭化阶段是使活性炭上吸附的一部分有机物沸腾、汽化脱附,一部分有机物发生分解反应,生成小分子烃脱附出来,残余成分留在活性炭孔隙内成为“固定炭”。在这一阶段,温度将达到800～900°C,为避免活性炭的氧化,一般在抽真空或惰性气氛下进行。接下来的活化阶段中,往反应釜内通入CO2、CO、H2或水蒸气等气体,以清理活性炭微孔,使其恢复吸附性能,活化阶段是整个再生工艺的关键。热再生法虽然有再生效率高、应用范围广的特点,但在再生过程中,须外加能源加热,投资及运行费用较高。 　　1.2生物再生法 　　生物再生法是利用经驯化过的细菌,解析活性炭上吸附的有机物,并进一步消化分解成H2O和CO2的过程。生物再生法与污水处理中的生物法相类似,也有好氧法与厌氧法之分。由于活性炭本身的孔径很小,有的只有几纳米,微生物不能进入这样的孔隙,通常认为在再生过程中会发生细胞自溶现象,即细胞酶流至胞外,而活性炭对酶有吸附作用,因此在炭表面形成酶促中心,从而促进污染物分解,达到再生的目的。生物法简单易行,投资和运行费用较低,但所需时间较长,受水质和温度的影响很大。 　　1.3湿式氧化再生法 　　在高温高压的条件下,用氧气或空气作为氧化剂,将处于液相状态下活性炭上吸附的有机物氧化分解成小分子的一种处理方法,称为湿式氧化再生法。实验获得的活性炭最佳再生条件为:再生温度230°C,再生时间1h,充氧pO20.6MPa,加炭量15g,加水量300mL。再生效率达到(45±5)%,经5次循环再生,其再生效率仅下降3%。活性炭表面微孔的部分氧化是再生效率下降的主要原因。 　　传统的活性炭再生技术除了各自的弊端外,通常还有三点共同的缺陷:(1)再生过程中活性炭损失往往较大;(2)再生后活性炭吸附能力会有明显下降;(3)再生时产生的尾气会造成空气的二次污染。因此,人们或对传统的再生技术进行改进,或探索全新的再生技术。 　　2目前新兴的活性炭再生技术 　　2.1溶剂再生法 　　溶剂再生法是利用活性炭、溶剂与被吸附质三者之间的相平衡关系,通过改变温度、溶剂的pH值等条件,打破吸附平衡,将吸附质从活性炭上脱附下来。 　　溶剂再生法比较适用于那些可逆吸附,如对高浓度、低沸点有机废水的吸附。它的针对性较强,往往一种溶剂只能脱附某些污染物,而水处理过程中的污染物种类繁多,变化不定,因此一种特定溶剂的应用范围较窄。 　　2.2电化学再生法 　　电化学再生法是一种正在研究的新型活性炭再生技术。该方法将活性炭填充在两个主电极之间,在电解液中,加以直流电场,活性炭在电场作用下极化,一端成阳极,另一端呈阴极,形成微电解槽,在活性炭的阴极部位和阳极部位可分别发生还原反应和氧化反应,吸附在活性炭上的污染物大部分因此而分解,小部分因电泳力作用发生脱附。该方法操作方便且效率高、能耗低,其处理对象所受局限性较小,若处理工艺完善,可以避免二次污染。 　　实验结果表明,电化学再生活性炭具有较高的再生效率,可达到90%。此外,对工艺参数的研究表明,再生位置是活性炭再生工艺中最重要的影响因素,电解质NaCl浓度是较重要的影响因素,再生电流和再生时间对活性炭的电化学再生也有一定的影响。 　　2.3超临界流体再生法 　　据最近的研究资料表明,在CO2的临界点附近,再生效率的变化很大;对未被烘干的活性炭,则需要延长其再生时间。对氨基苯磺酸而言,CO2超临界流体法再生的最佳温度为308K,当温度超过308K时,再生不受影响;当流速大于1.47×10-4m/s时,流速不影响再生;用HCl溶液处理后,会使活性炭再生效果明显改善。对苯而言,再生效率在低压下随温度的下降而降低;在16.0MPa压力时的最佳再生温度为318K;在实验流速下,再生效率会随流速加快而提高。 　　2.4超声波再生法 　　由于活性炭热再生需要将全部活性炭、被吸附物质及大量的水份都加热到较高的温度,有时甚至达到汽化温度,因此能量消耗很大,且工艺设备复杂。其实,如在活性炭的吸附表面上施加能量,使被吸附物质得到足以脱离吸附表面,重新回到溶液中去的能量,就可以达到再生活性炭的目的。超声波再生就是针对这一点而提出的。超声再生的最大特点是只在局部施加能量,而不需将大量的水溶液和活性炭加热,因而施加的能量很小。 　　研究表明经超声波再生后,再生排出液的温度仅增加2～3℃。每处理1L活性炭采用功率为50W的超声发生器120min,相当于每m3活性炭再生时耗电100kWh,每再生一次的活性炭损耗仅为干燥质量的0.6%～0.8%,耗水为活性炭体积的10倍。但其只对物理吸附有效,目前再生效率仅为45%左右,且活性炭孔径大小对再生效率有很大影响。 　　2.5微波辐照再生法 　　微波辐照再生法是在热再生法基础上发展起来的活性炭再生技术。其原理是以电为能源,利用微波辐照加热实现再生。试验中的最佳再生效率出现在功率为HI(W),辐照时间约为80s时。比较极差S可知,对再生后活性炭碘值恢复影响最大的是微波功率,其次是辐照时间,最后是活性炭的吸附量。微波辐照法再生活性炭的时间短。能耗低、设备构造简单,具有较好的应用前景。然而,在微波加热使有机物脱附过程中,是否有其它的中间产物产生等问题还有待于进一步研究。 　　2.6催化湿式氧化法 　　传统湿式氧化法再生效率不高,能耗较大。再生温度是影响再生效率的主要原因,但提高再生温度会增加活性炭的表面氧化,从而降低再生效率。因此,人们考虑借助高效催化剂,采用催化湿式氧化法再生活性炭。同济大学水环境控制与资源化研究国家重点实验室的科研人员正在开展此方面的研究。随着可持续发展观念的深入人心,活性炭再生工艺与技术日益得到人们的重视。一些传统的活性炭再生技术与工艺在近几年有了新的改进与突破。同时新再生技术也在不断涌现。虽然这些新兴技术在工艺路线上还不成熟,目前尚无法投入工业使用。但它们的出现为活性炭的再生带来了新思路与新探讨。