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活性炭的制备与应用宋阿娜1（北京林业大学，材料科学与技术学院林产化工系）摘要：近些年来，活性炭已经成为我们生活中以及工业中常见的吸附剂，它具有比表面积大，选择性吸附强等特点。活性炭的制备方法分为物理活化法（即气体吸附法）和化学活化法。气体活化中的气体活化剂有水蒸气、二氧化碳以及它们的混合气体，化学活化法中的化学药品活化剂有氯化锌、磷酸和碱。活性炭在工业、农业、食品、医药等领域都有广泛应用。根据吸附和运用对象的不同，可以分为气相吸附，液相吸附，作为催化剂和催化剂载体的应用以及在医疗方面的应用。活性炭可以多次重复再生使用，对环保起到了重要作用，并且有很好的发展前景。关键词：活性炭；制备；应用；活化；净化概述活性炭是具有孔隙结构发达、比表面积大、选择性吸附能力强的碳质吸附材料。在一定的条件下，对液体或气体的某一或某些物质进行吸附脱除、净化、精制或回收，从而实现产品的精制和环境的净化（蒋剑春，2010）。时至今日，活性炭已经被广泛应用于工业、农业、国防、交通、食品、医药、环境保护等各个领域，并且活性炭使用失效后可以用各种办法进行多次反复再生。活性炭主要是以木炭、木屑、各种果壳、煤炭和石油焦等高含碳物质为原料，经碳化和活化而制得的多孔性吸附剂。活性炭的吸附大多数是物理吸附，即范德华吸附，也有化学吸附。活性炭基本上是非结晶性物质，它由微细的石墨状结晶和将它们联系在一起的碳氢化合物构成，固体部分之间的间隙形成孔隙，赋予活性炭特有的吸附功能。一般认为活性炭的孔由大孔、中孔和微孔组成，大孔孔径为50~2000nm，中孔为2~50nm，微孔孔径小于2nm。活性炭的制备2.1制备原理活性炭是通过把木材、煤、泥炭等许多来自植物的、成为碳前驱体的原材料，在几百摄氏度的温度下炭化以后，在进行活化而制成的。炭化在惰性氛围气中进行，原材料经过热分解放出挥发分而变成炭化产物，此刻的炭化产物的比表面积只有每克几十平方米左右。而具有发达的孔隙及其相应比表面积的活性炭是再需将该炭化产物用水蒸汽、二氧化碳或化学药品（如氯化锌）在高温条件下进一步活化而制得（[日]立本英机，安部郁夫，2002）。活化后的活性炭再根据需要制成不同形状和大小的产品。其中活化是很重要的一步。2.2制备方法2.2.1气体活化法所谓的气体活化工艺，就是让炭化后的碳材料与活化气体进行反应以形成孔隙的工艺，这是一种物理活化法。最常见的活化气体是水蒸气、二氧化碳以及它们的混合气体。孔隙的生成与碳的氧化程度有密切的关系，而炭的氧化必然要消耗炭，因此常用烧失率，即活化期间炭减少的质量分数来度量炭的活化程度。杜比宁（Dubinin）认为，烧失率小于50%，得到微孔活性炭；烧失率大于75%，得到大孔活性炭；烧失率介于两者之间时，得到的是混合结构。水蒸气活化法的基本反应，也表示水煤气的反应。因为氧在活化温度下会侵蚀炭，使炭表面积烧失，从而降低活性炭的产率，所以它是在隔绝氧气和750~950℃的条件下完成的。研究表明，碳与水蒸气的反应受炭材所含灰分中的金属及金属氧化物的催化作用影响，使气化反应显著提高，因此，反应时常加入金属催化剂。二氧化碳活化法实际上是使用烟道气作为活化剂，其中还混杂着大量的水蒸气，很少单独使用二氧化碳气进行活化。一般用碱金属的碳酸盐做催化剂，温度控制在850~1100℃之间。混合气体活化法经常采用空气与水蒸气、烟道气与水蒸气、烟道气与氧气等混合气体进行活化或两种活化介质交替进行活化的方法。这种方法对气体进行适度比例混合，对不同的原料炭的不同活性点运用不同的混合气体，从而使活化温度稳定，活化均匀，活化产量提高（张世润，2002）。2.2.2化学活化法这是将各种含碳原料与化学药品均匀地混合或浸渍后，在适合的温度下，经过炭化、活化与回收化学药品等过程制取活性炭的一种方法。所用的化学药品一般是氯化锌、磷酸和碱。氯化锌法活性炭生产是用木屑原料经过氯化锌溶液浸渍、炭化、活化、回收氯化锌、烘干、粉磨等过程而成。比起气体活化法其原料消耗少，产品得率高，灰分低，控制锌屑比可以生产出不同孔径的活性炭，所以氯化锌法生产的活性炭产品受到用户欢迎。但从环保角度看，氯化锌法生产污染比较严重，但并非不可治理。影响氯化锌法活化过程的主要因素除了锌屑比，还有原料，活化温度和活化时间的影响。磷酸法生产活性炭和氯化锌法相比，污染较小且产量大。磷酸法炉温在400~500℃，相比于氯化锌法的500~600℃，工艺温度降低了不少。氯化锌法与磷酸法生产比较（黄河清，2009）活化方法氯化锌法磷酸法木屑含水量12%12%活化剂浓度57°Be45°Be液比6:14.5:1炉温520℃420℃活化时间50min42min灰分1.5%5.1%从表中可以分析出，磷酸法最大的缺点是灰分高，而磷酸法有产品得率高，活化温度低，消耗燃料省，成本比较低，污染少