活性炭的应用与发展剖析.ppt

活性炭的应用与发展 一、活性炭的简介 活性炭是一种多孔炭材料，具有高度发达的孔隙结构和巨大的比表面积，吸附能力强、化学稳定性好、机械强度高、使用失效后易再生等特点。广泛应用化学工业、食品加工、医疗卫生、农业、国防等领域 。 （一）组成、结构与性质 结构及孔的形状 结构：活性炭是非晶体物质，由排列成六边形的碳原子平面层组成，这些平面层的排列不是类似于石墨的结构，而是杂乱且无规律地排列成“螺层状结构”。 孔的形状：圆筒孔、狭缝孔、圆锥孔、锥形狭缝孔、墨水瓶孔 （二）国内外发展现状 国外活性炭生产国有美国、俄罗斯和日本等。世界活性炭的年产量约70万吨，其中一半以上是由美国、日本及西欧经济共同体等工业国生产。欧美等发达国家在活性炭制造技术方面已完成大型化、自动化、连续化、无公害化制造体系。而且对制造新工艺的研究与活性炭微孔结构和表面化学基团的关系研究，做到了品种的专用化和多样化。 二、活性炭的制备 (4)成型活性炭的制备 由于活性炭的“螺层状结构”，平面层之间都是以分子间力相互结合，因此，活性炭的耐磨损度、耐压强度都很差。 ② 成型活性炭的制备方法 以碳质前驱物为原料制备成型活性炭 以粉状活性炭为原料制备成型活性炭 三、活性炭的表征、分析与检测 （1）孔径分布 压汞法 主要用于测定较大的中孔和大孔，并可确定这部分孔的孔径分布。 毛细管凝聚法 是物理吸附法中测定孔径分布最常用的一种方法。 分子吸附法 用来测微孔，如77K的氮气吸附。 四、活性炭的应用 活性炭作为优良的吸附剂，常用于水体净化、空气的净化、工业废气回收、贵重金属的回收及提炼等。其应用范围涉及化学工业、食品加工、医疗卫生、农业、国防等领域、催化及电化学电源，在环境保护和人类生活中起着重要作用。 五、新型的碳材料 （一）活性炭微球 球形活性炭是20世纪70年代后期由日本、美国、联邦德国和苏联等工业发达的国家研制开发成功的一种高档活性炭新品种，80年代后后期逐渐进入工业化阶段。 制备方法：压条成球法、介质分散法、喷雾法、反响乳液法和热缩聚法、乳液法、悬浮法等。 应用：化工，石化，医药、防毒防护、能源环保等领域。 （二）活性炭纳米管 活性炭纳米管可以看成是单层或多层石墨片层卷曲而成的无缝中空管状结构。因此，具有管状孔隙、层间孔隙等。此外，还具有表面原子密度大，比表面积大，孔结构和表面结构可修饰等特点。 （三）活性炭纤维 活性炭纤维（ACF）是继粉末活性炭（PAC）和粒状活性炭（GAC）之后的第三代活性碳材料。 现在的ACF是碳纤维（CF）及可碳化纤维经物理活化、化学活化，或两者兼有的活化反应所制得的具有丰富和发达孔隙结构的功能型碳纤维。 常用的ACF有：黏胶、酚醛纤维、聚丙烯晴（PAN）、沥青、聚酰亚胺纤维、聚苯乙烯纤维及空心纤维等。 应用：多做为吸附材料、催化剂载体、电极材材料等。 （1）在液相吸附中的应用 活性炭在液相中主要用于包括水处理、食品工业脱色及贵金属回收等。其中，水处理主要应用在饮用水的净化、废水处理、工业用水处理这三大方面。 （2）在气相吸附中的应用 活性炭在气相吸附中的应用主要包烟道气、工业废气的处理和净化、生活空气净化、油气回收及毒气防护等。 （3）在催化方面的应用 活性炭本身就具有催化活性，一般可单独作为催化剂使用。 也可以作为催化剂载体，负载活性离子。 此外，活性炭还可用于土壤的污染治理、储氢、作为新型储能器件的电极材等。 日本大阪瓦斯公司以中间相沥青为原料微球为原料，以KOH为活化剂，制的比表面积高达3000~4600m2∕g的超高比表面积活性炭微球。 制备球型活性炭的原料有：煤、高分子和沥青。其 球形活性炭具有均匀的球形外表，表面光滑、力学强度高、比表面积大、耐磨损、耐腐蚀，长期使用掉屑少，产品杂质含量低等优点。 制备工艺流程如下： 煤沥青或石油渣油 高软化点沥青 沥青球 不熔化 沥青球 球型活性炭 调制 球形化 添加剂 不熔化 氧化介质 250~400℃ 碳化，活化 N2+活化剂，≥900℃ 这些特点使其在催化剂载体、储氢材料、超级电容、锂离子二次电池和隐形材料等领域都得到广泛的研究。 制备方法：气相氧化法、液相氧化法和固相氧化法。 无论那一种方法，都是将碳纳米管经活化处理及后处理得到活性炭纳米管。 * * * * * * * * * * * 主要内容 一、活性炭的简介 二、活性炭的制备 三、活性炭的表征 四、活性炭的应用 五、新型的碳材料 2 组成 分类 1（按孔径） 微孔（r 2 nm） 中孔（2 nm r 50 nm） 大孔（r 50 nm） 气相吸附 液相吸附，催化剂载体 作为通道 2 按形状分 3 按原