活性炭是一种非常优良的吸附剂,它是利用木炭、各种果壳和优质煤等作为原料,通过物理和化学方法对原料进行破碎、过筛、催化剂活化、漂洗、烘干和筛选等一系列工序加工制造而成。它具有物理吸附和化学吸附的双重特性,可以有选择的吸附气相、液相中的各种物质,以达到脱色精制、消毒除臭和去污提纯等目的。检验标准可按照中国国标GB,或按照其他国家标准,如:美国ASTM,日本JIS,德国DIN标准等。
一、活性炭应用
活性炭广泛应用于工农业生产的各个方面,如石化行业的无碱脱臭(精制脱硫醇)、乙烯脱盐水(精制填料)、催化剂载体(钯、铂、铑等)、水净化及污水处理;电力行业的电厂水质处理及保护;化工行业的化工催化剂及载体、气体净化、溶剂回收及油脂等的脱色、精制;食品行业的饮料、酒类、味精母液及食品的精制、脱色;黄金行业的黄金提取、尾液回收;环保行业的污水处理、废气及有害气体的治理、气体净化;以及相关行业的香烟滤嘴、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。活性炭在未来将会有极好的发展前景和广阔的销售市场。
二、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; 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。
三、活性炭产品的应用方向及领域
(1)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
(2)电力行业
电厂水质处理及保护——锅炉装置
(3)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
(4)食品行业
饮料、酒类、味精母液及食品的精制、脱色
(5)黄金行业
金提取——适用炭浆法、堆浸法提金工艺
液回收——金矿的废物利用及环境保护
(6)环保行业
于污水处理、废气及有害气体的治理、气体净化
(7)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。
四、活性炭水处理的主要影响因素
1.活性炭的性质
由于吸附现象发生在吸附剂表面上,所以吸附剂的比表面积是影响吸附的重要因素之一,比表面积越大,吸附性能越好。
因为吸附过程可看成三个阶段,内扩散对吸附速度影响较大,所以活性炭的微孔分布是影响吸附的另一重要因素。
此外活性炭的表面化学性质、极性及所带电荷,也影响吸附的效果。
用于水处理的活性炭应有三项要求:吸附容量大、吸附速度快、机械强度好。活性炭的吸附容量附其他外界条件外,主要与活性炭比表面积有关,比表面积大,微孔数量多,可吸附在细孔壁上的吸附质就多。吸附速度主要与粒度及细孔分布有关,水处理用的活性炭,要求过渡孔(半径20~1000A)较为发达,有利于吸附质向微细孔中扩散。活性炭的粒度越小吸附速度越快,但水头损失要增大,一般在8~30目范围较宜,活性炭的机械耐磨强度,直接影响活性炭的使用寿命。
2.吸附质(溶质或污染物)的性质
同一种活性炭对于不同污染物的吸附能力有很大差别。
(1)溶解度
对同一族物质的溶解度随链的加长而降低,而吸附容量随同系物的系列上升或分子量的增大而增加。溶解度越小,越易吸附。
如活性炭从水中吸附有机酸的次序是按甲酸--乙酸--丙酸--丁酸而增加。
(2)分子构造
吸附质分子的大小和化学结构对吸附也有较大的影响。因为吸附速度受内扩散速度的影响,吸附质(溶质)分子的大小与活性炭孔径大小成一定比例,最利于吸附。在同系物中,分子大的较分子小的易吸附。不饱和键的有机物较饱和的易吸附。芳香族的有机物较脂肪族的有机物易于吸附。
(3)极性
活性炭基本可以看成是一种非极性的吸附剂,对水中非极性物质的吸附能力大于极性物质。
(4)吸附制剂(溶质)
吸附质的浓度在一定范围时,随着浓度增高,吸附容量增大。因此吸附质(溶质)的浓度变化,活性炭对该种吸附质(溶质)的吸附容量也变化。
3.溶液pH的影响
溶液pH值对吸附的影响,要与活性炭和吸附质(溶质)的影响综合考虑。
溶液pH值控制了酸性或碱性化合物的离解度,当pH值达到某个范围时,这些化合物就要离解,影响对这些化合物的吸附。
溶液的pH值还会影响吸附质(溶质)的溶解度,以及影响胶体物质吸附质(溶质)的带电情况。
由于活性炭能吸附水中氢、氧离子,因此影响对其他离子的吸附。
活性炭从水中吸附有机污染物质的效果,一般随溶液pH值的增加而降低,pH值高于9.0时,不易吸附,pH值越低时效果越好。在实际应用中,通过试验确定最佳pH值范围。
4.溶液温度的影响
因为液相吸附时吸附热较小,所以溶液温度的影响较小。
吸附是放热反应。吸附热,即活性炭吸附单位重量的吸附质(溶质)放出的总热量,以KJ/mol为单位。吸附热越大,温度对吸附的影响越大。
另一方面,温度对物质的溶解度有影响,因此对吸附也有影响。用活性炭处理水时,温度对吸附的影响不显著。
5.多组分吸附质共存的影响
应用吸附法处理水时,通常水中不是单一的污染物质,而是多组分污染物的混合物。在吸附时,它们之间可以共吸附,互相促进或互相干扰。一般情况下,多组分吸附时分别的吸附容量比单组分吸附时低。
6.吸附操作条件
因为活性炭液相吸附时,外扩散(液膜扩散)速度对吸附有影响,所以吸附装置的型式、接触时间(通水速度)等对吸附效果都有影响。
综上所述,影响吸附的因素很多,应综合分析,根据具体情况,选择最佳吸附条件,达到最好的吸附效果。
五、活性炭产品的再生
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。主要方法有热再生法、溶剂萃取再生法、生物再生法、湿式空气氧化再生法、光催化氧化再生法、催化氧化再生法以及电化学再生法。这里就不作详细的说明。
六、怎样认识活性炭应用中的安全问题
通常都认为应用活性炭没有安全问题,但实际没有绝对的安全,对活性炭应用中的安全不能掉以轻心,对活性炭的性质和不安全的可能性要有所认识。
A. 关于着火
1) 活性炭不列入危险品类,但是可燃的。着火后不会发生有焰燃烧,只是阴燃。
2)活性炭不会自燃,在空气中可能会着火,与汽油、柴油等混合,可引起燃烧。
3)活性炭燃烧时如果通风不足,会生成有毒的一氧化碳。
B、关于贮存
1) 活性炭必须存放在尽可能防火的建筑内。
2)活性炭不可与氧化剂混放
3)贮放处禁止明火,火花和吸烟
C、关于使用
1)要选用活性炭,含有对吸附物有催化分解或聚合作用杂质的活性炭。
2)要预计活性炭在吸附或解吸过程中发生分解或聚合造成腐蚀和发热的可能性。选用活性炭时,常将活性炭加水进行投料,或采用特殊不扬尘的投料器。
七、结语
20世纪初期开始工业化生产的活性炭,作为一种主要的工业产品,目前在世界范围内仍然保持着不断发展的势头。活性炭的应用领域随着国家的不同而异。近年来,活性炭用途的开发研究工作也取得相当大的进展和成效,期待着其为人类社会发展进步继续作出贡献。