环境功能材料-4-活性炭重点.ppt

第一节 、活性炭的概述 第二节、活性炭的微观结构 第三节、活性炭的吸附性能 第一节 、活性炭的概述 活性炭（AC: activated carbon）是由含碳材料制成的外观呈黑色，内部孔隙结构发达、表面积大，吸附能力强的一类微晶质碳素材料。 表观密度约0.08～0.45。含碳量10%～98%。 粉末活性炭 活性炭雕 活性炭工业历史与现状 1938年布朗诺尔、埃米特、泰勒(Brunauer, Emmett, Teuer) 3人在朗格谬尔(Langmuir)动力学吸附理论的基础上，提出了多分子层吸附理论(简称BET理论)和著名的BET方程。 1943年美国匹斯堡活性炭公司(现在的Calgoh公司)首次采用烟煤压块、水蒸气活化工艺制造军用活性炭。 目前活性炭的发展 活性炭的理论发展 体积填充理论 吸附剂的孔按规定分为大孔 ( 5 0 n m )、中孔 ( 2 ~ 5 0nm )和微孔 ( 2n m )。蒸气在大孔中的吸附可用 B E T 多分子层吸附理论描述 ;在中孔中,可认为先进行多分子层吸附再进行毛细冷凝 ;在微孔中的吸附 ,一般用杜宾宁D ub i n i n等的微孔容积填充理论 ( T V F M )描述。 微孔容积填充理论 绝大多数吸附理论均认为吸附过程发生在吸附剂表面。但是,对有些微孔介质(如活性炭等),其孔径尺寸与被吸附分子的大小相当,吸附则可能发生在吸附剂的内部空间,即吸附是对微孔容积的填充而不是表面覆盖。 活性炭原料 ? (1)、木质活性炭：以木屑、木炭等制成的活性炭。 果壳（果核）活性炭：以椰子壳、橄榄壳、核桃壳、杏核等制成的活性炭。 ? (2)、矿物质原料活性炭 煤质活性炭：以褐煤、泥煤、烟煤、无烟煤 石油类活性炭：以沥青等为原料炭。 ? (3)、其它原料的活性炭 含碳的有机废料和农业副产品，例如稻壳、稻草、甘蔗渣、纸浆废液、塑料、合成树脂等 ? (4)、再生活性炭： （Reactivated Carbon）,与原活性炭(Virgin Active Carbon)相区分。 活性炭制备方法 (1)、气体活化（炭化+活化） 采用水蒸气、烟道气(主要成分为C02)、空气等含氧气体或混合气体作为活化剂。 炭化：分解反应、氧键断裂反应，脱氧反应。链状分子、芳香族分子经过炭化形成三向网状结构的炭化物。 活化：炭化物的吸附能力低，细孔被杂质堵塞等原因所致．活化阶段：900℃下暴露于氧化性气体介质中，除去被吸附质，使被堵塞的细孔开放；并使细孔和通路扩大。 活化具体过程 气体活化过程中的化学反应 C+2H2O一2 H2 + CO2一79. 6kJ C十H2O一H2 +CO一542. lkJ C+CO2一2CO一712. 7kJ (2) 化学药剂活化 ZnCl2氯化锌法 原料与浓氯化锌溶液进行混台，让氯化锌浸渍，然后在回转炉中隔绝空气加热~600-700℃，由于氯化锌的脱水作用，原料里的氢和氧主要以水蒸气的形式放出，形成多孔性结构发达的炭。 与之类似的还有KOH、H3PO4等。 （3）、气体、药剂联合法 ??? 不同的原料+不同制备方法的组合可以对活性炭的孔隙结构进行调控，从而制取许多性能不同的活性炭。这种联合方法是许多年来及今后相当长时期内世界各国活性炭工作者非常关注的活性炭制取方法。 ? 活性炭的外观分类 （1）、粉状活性炭 ???? 一般将90%以上通过80目标准筛或粒度小于0.175mm的活性炭通称粉状活性炭或粉状炭。 粉状活性炭是非常微细的粉末，绝大部分可通过200 目筛网(74μm) ，大部分可通过325目筛网(43μm) ，粉的尺寸在1～150μm之间(平均约40μm)。 通常，炭粉越细，表面积大，吸附能力大，它对杂质的吸附速度越大。某些应用场合活性炭产品进行高度的破碎和筛选，得到微细的粉末。 吸附特定大分子有机物，对于木质活性炭而言，250目的吸附效果比200目提高10.01％，325目的比200目提高25.3％；对于煤质活性炭而言，250目的吸附效果比200目提高66.2％，325目的比200目提高101.5％。 粉状炭的不足 粉状炭在使用时有吸附速度较快，吸附能力使用充分等优点，但需专有的分离方法。随着分离技术的进步和某些应用要求的出现，粉状炭的粒度有越来越细化的倾向，有的场合已达到微米甚至纳米级。 粉状炭的缺点是再生比较困难，失效的活性炭不能再生使用，故消耗量较大(近年也有研究将它再生)。而且通常需要相当大的混合池和沉淀池以及混合、沉淀、过滤、分离等多道工序，操作困难， 颗粒活性炭 通常把粒度大于0.175mm的活性炭称作颗料活性炭。 成型方式：