浩東貿易-浩東水處理耗材(活性炭概論)

活性炭概論

活性炭簡介	化學性活性碳與一般活性碳有何差別

簡單的方法測試活性炭對苯、甲醛的吸附效果	活性炭品種的品質指標、試驗方法的標準

活性炭試驗方法的國家標準	粉末活性炭吸附技術應用的關鍵問題

如何選購和鑒別活性炭品質	活性炭常識

GB12495-90 活性炭型號命名法.pdf

活性炭簡介
　　活性炭是一種黑色多孔的固體炭質。早期由木材、硬果殼或獸骨等經炭化、活化制得，後改用煤通過粉碎、成型或用均勻的煤粒經炭化、活化生產。主要有機成分為碳，並含少量氧、氫、硫、氮、氯等元素。普通活性炭的比表面積在 500 ～ 1700m2/g 間。具有很強的吸附性能 , 為用途極廣的一種工業吸附劑。

　　結構：活性炭具有微晶結構。基本微晶的排列是完全不規則的。微晶高度為 9 ～ 12A(o); 寬度 ( 如果是圓形橫截面則為直徑 ) 約 20 ～ 23A(o) 。其大小往往因高溫處理而顯著增大。通常 , 活性炭由活化過程中產生微孔、過渡孔或大孔。微孔的有效半徑低於 20A(o) ；過渡孔的有效半徑在 20 ～ 1000A(o) 範圍內；大孔的有效半徑一般在 1000 ～ 100000A(o) 間。

　　性能：活性炭最主要的性能是吸附性，它與活性炭的孔隙結構有關。微孔的比表面積和比容積均很大。因此，微孔在很大程度上決定著活性炭的吸附能力。在固體活性炭的表面，主要發生兩種方式的吸附，即物理吸附和化學吸附。化學吸附是單分子層吸附，可以除去廢水和廢氣中的極性污染物以及一些金屬離子。物理吸附能夠形成多分子層吸附，能有效地吸附廢水和廢氣中的有機污染物。當某一吸附質與吸附劑的表面接觸時，究竟是發生物理吸附還是發生化學吸附，取決於吸附劑的表面活性、吸附質的性質、溫度和其他因素。工業用活性炭，除吸附能力外還要求： ① 機械強度大和耐磨性能好； ② 脫附所需能量小 , 再生容易； ③ 有穩定的結構 , 再生時炭損失小等。
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　　生產方法：含碳材料先在隔絕空氣條件下加熱處理，除去揮發分 ( 水分和一部分焦油 ) ，形成吸附能力很小的大孔炭料。要獲得大量微孔 , 炭料要進一步活化。活化方法有氣體或蒸汽氧化法和化學藥品處理法。

　　① 蒸汽、氣體活化較常用的活化劑是二氧化碳和水蒸氣。二氧化碳活化過程在約 900 ℃ 溫度下進行；水蒸氣活化過程則為 850 ℃ 。活化過程中燒失碳量的百分數稱燒失率。在 50 ％燒失率下生成較優良的微孔炭； 50 ％～ 75 ％燒失率下獲得多種孔隙的活性炭，燒失率超過 75 ％，則獲得大孔炭。

　　② 化學活化法的活化劑是碳酸鹽、硫酸鹽、硝酸鹽等，它在高溫下能放出氣體（例如二氧化碳、氧氣），也可用硝酸、硫酸、磷酸等酸類氧化劑。用氯化鋅濃溶液處理炭料的方法也得到了廣泛應用。化學活化溫度視活化劑的不同而異，一般為 200 ～ 650 ℃ 。化學活化過程用浸漬係數表明其特徵，浸漬係數是無水活化劑與幹的含碳原材料的品質比。開始時，隨著浸漬係數增加，炭的微孔結構發達，總孔容積增大。在高浸漬係數下微孔容積減小，大孔發達。用煤為原料製造的炭質分子篩，是含有特別發達的超微孔和細微孔 ( 孔徑＜ 8A(o)) 的炭質吸附劑，可用於分離空氣中的氮和氧，並從含氫氣體中回收氫。

化學性活性碳與一般活性碳有何差別
　　化學性活性碳的吸附能力，遠比與一般性活性碳為高，因此在價位上化學性活性碳較貴是可以理解的。其吸附能力差異主要在於製造原料及活化處理方法不同使然。

　　一般說來，化學性活性碳通常使用椰子殼製造，而一般性活性碳通常使用煤礦或木頭製造。即使一般性活性碳使用椰子殼製造，其「活化處理」方法也不同。

　　所謂活化處理，乃是讓活性碳原料產生許多大孔及微孔的熱化過程。為何要活化處理？因為活性碳孔隙的大小和分佈，決定了活性碳去除污染物能力強弱的關鍵。其主要功能是將水中的污染源輸送到微孔隙使之發揮吸附去汙效能。化學性活性碳的活化處理通常使用 1000℃ 以上水蒸氣高溫熱化處理，但一般性活性碳通常僅用幾百 ℃ 水蒸氣處理而已。

　　化學性活性碳的孔隙大小和分佈均勻，而且孔隙密度很高；反之，一般性活性碳的微孔不足，不具備足夠的吸附去汙效能，尤其是分子比較細小的污染物，幾乎缺乏吸附能力。

　　有些化學性活性碳再經過「特化處理」，可以增加其吸附能力，所謂特化處理就是再將活性碳用「活化劑（如氯化鋅）」長時間浸泡處理後，再重新活化一次之程式，此種處理過程，可使其微孔直徑達到 1 奈米（ 1nm ）以下，具有最強的吸附效能。

　　一般活性碳只有去除部分有機物和異味的功能而已，而化學性活性碳則可除臭、去異色、漂白劑氯、農藥及致癌物質三氯甲烷，以及可吸收水中的異臭味、有機原素及致癌物如氯、農藥殘毒等化學物質。

　　無論是化學性活性碳或一般活性碳，通常不能去除一般金屬離子，如鈣、鎂離子，及陰離子，如氯離子、硝酸根等，不過化學性活性碳可能會去除少部分重金屬離子（如銅離子），但是效果不會很好，以及它對鐵離子的吸收十分微弱，即使經過「特化處理」的產品，對鐵離子的吸收也幾乎不明顯。

　　活性碳的吸附（收）能力並非萬能，但有人認為它會吸收水草肥料中無機元素離子，顯然這應該是一種誤解，尤其水族館所賣活性碳通常只是一般活性碳，更不可能有此種吸附能力。

簡單的方法測試活性炭對苯、甲醛的吸附效果

　　用玻璃乾燥器，在乾燥器的底部放入甲苯 , 然後在上面的隔板上放一個稱量瓶，把事先稱好的活性炭放入稱量瓶內，蓋上乾燥器的蓋子，在室溫下放置 36 小時以上，溫度最好保持在 20 度，因為溫度有影響，然後稱重量。就可以測試活性炭對苯吸附值的大小了。

活性炭試驗方法的國家標準

指標名稱國家標準號
煤質顆粒活性炭水分的測定 GB/T7702.1-1997
粒度的測定 GB/T7702.2-1997
強度的測定 GB/T7702.3-1997
裝填密度的測定 GB/T7702.4-1997
水容量的測定 GB/T7702.5-1997
亞甲藍吸附值的測定 GB/T7702.6-1997
碘吸附值的測定 GB/T7702.7-1997
苯酸吸附值的測定 GB/T7702.8-1997
著火點的測定 GB/T7702.9-1997
防護時間的測定 GB/T7702.10-1997
苯蒸氣防護時間的測定 GB/T7702.11-1997
氯乙烷蒸氣防護時間的測定 GB/T7702.12-1997
四氯化碳吸附率的測定 GB/T7702.13-1997
飽和硫容量的測定 GB/T7702.14-1997
灰分的測定 GB/T7702.15-1997
PH 值的測定 GB/T7702.16-1997
漂浮率的測定 GB/T7702.17-1997
焦糖脫色率的測定 GB/T7702.18-1997
四氯化碳脫附率的測定 GB/T7702.19-1997
孔容積的測定 GB/T7702.20-1997
比表面積的測定 GB/T7702.21-1997
穿透硫容量的測定 GB/T7702.22-1997

粉末活性炭吸附技術應用的關鍵問題

提要 : 粉末活性炭吸附技術作為水廠改善水質的有效措施，運行方式靈活，費用低廉，效果明顯。通過綜合研究成果，對粉末活性炭吸附技術在水廠應用中應重點解決的問題進行了探討。

關鍵字 : 　粉末活性炭　水質　有機物　　

1 　應用狀況

　　粉末活性炭在給水處理中的使用已有 70 年左右的歷史。自從美國首次使用粉末活性炭去除氯酚產生的嗅味以後，活性炭成為給水處理中去除色、嗅、味和有機物的有效方法之一。國外對粉末活性炭吸附性能作的大量研究表明：粉末活性炭對三氯苯酚、二氯苯酚、農藥中所含有機物，三鹵甲烷及前體物以及消毒副產物三氯醋酸、二氯醋酸和二鹵乙腈等等均有很好的吸附效果，對色、嗅、味的去除效果已得到公認。

　　粉末活性炭在歐、美、日等國應用很普遍，美國 80 年代初期每年在給水處理中所用粉末活性炭約 2.5 萬 t ，且有逐年增加趨勢。我國 60 年代末期開始注意污染水源的除嗅、除味問題。粉末活性炭在上海、哈爾濱、合肥、廣州都曾試用過。近年來，我國對粉末活性炭的研究和應用逐漸重視，同濟大學、哈爾濱建築大學等都作了較為深入的研究，已取得不少實用性成果。

　　粉末活性炭應用的主要特點是設備投資省，價格便宜，吸附速度快，對短期及突發性水質污染適應能力強。

2 　制約技術應用的瓶頸

　　根據我們的研究表明：自來水廠中應用粉末活性炭吸附技術，是一項非常有前景的技術。但是，由於未能很好地解決該技術在應用方面存在的局限性，難以發揮粉末活性炭技術的優勢，導致技術應用不能達到實際效果。在自來水廠中的應用必須解決理論依據和應用兩大類問題。

 2.1 　理論上應解決的問題

　　(1) 根據水廠原水的水質狀況，特別是有機物分子量的分佈狀況，確定投加粉末活性炭的炭種。

　　(2) 根據水廠的實際水質情況，確定合理、經濟的投加量。

　　(3) 根據水廠現有的生產工藝，確定合適、合理的投加點及投加方式，以解決粉末活性炭與混凝劑吸附競爭的矛盾，提高粉末活性炭使用效率。

　　作為一種普遍性的規律：在相同條件下，不同的粉末活性炭炭種對有機物吸附處理的能力相差較大 ( 去除率相差 16%) 。同樣，根據水廠制水工藝的特點，不同投加點的影響也較大，這主要是由於原水的特性以及混凝與吸附競爭的結果，而投加量的確定在工程應用中應根據目標期望值 ( 出廠水 CODMn) 以及運行成本來綜合考慮。

　　粉末活性炭投加作為一種應急性的措施，在一些水廠已經得到了嘗試，但對該技術的應用成效褒貶不一。我們的研究表明：針對水廠各異的實際情況，必須很好地探索解決上述三個問題的合適方式；特別是針對不同的處理工藝流程，選擇合理的投加點和投加方式是至關重要的。因此在該技術的應用方面，必須引起足夠的重視，才能經濟、有效地發揮粉末活性炭除污染的作用。

 2.2 　工程應用中應解決的問題

　　(1) 應用中粉塵飛揚的污染問題。在自來水廠應用中，由於粉末活性炭在諸多環節如裝卸、拆包、配製、投加過程中勞動強度大、容易引起粉塵飛揚，造成工作環境惡劣，操作人員抵觸情緒較強，也成為制約粉末活性炭技術應用的一個關鍵的、實質性的問題。

　　根據資料報導，有些自來水廠採用負壓配製投加方式進行粉末活性炭投加。該方式已經基本解決了粉塵污染的問題，但仍難以避免粉末活性炭 (20 kg/ 袋 ) 在搬運、拆包過程中造成的粉塵飛揚以及勞動強度大的問題，特別是處理能力大於 10 萬 m3/d 的自來水廠，每小時的粉末活性炭用量一般在 60 kg 左右 ( 以投加量 15 mg/L 計算 ) 。

　　(2) 應用中精確製備和定量投加粉末活性炭的問題。為穩定粉末活性炭吸附除污染的效果，應在一定範圍內儘量保證投加計量的準確，這不僅關係到處理效果，也與制水成本密切相關。根據合適的參數建造的整個粉末活性炭儲存、配製、投加設備或系統必須能很好地防止在各個環節造成的不穩定因素，如在輸送投加過程中的堵塞問題，會造成流量不穩定，從而影響除污染的效果。

　　(3) 設備或系統的自動化控制。為進一步降低粉末活性炭投加設備的操作強度，如何實現自動化操作、與水廠原有自動化控制系統相配以及如何根據水質變化情況自動追蹤調整，以滿足穩定出水水質的目的，這也是制約該技術應用的關鍵因素。

(4) 投資、成本控制。粉末活性炭技術的應用最為關鍵的問題是投資以及成本的控制，為滿足新的《生活飲用水衛生規範》 ( 主要是 CODMn ＜ 3 mg/L ，特殊情況下不超過 5 mg/L) ，大多數水司均面臨技術改造的問題。對大多數水司而言，水質污染一般是間斷性或突發性的，常規工藝在大多數時間是能夠滿足新的規範要求的，因此粉末活性炭技術是一項實用性非常強的技術，其投資相對較省，成本較低、投用靈活。

　　例如，處理能力為 10 萬 m3/d 的自來水廠，設備的投資在 120 萬元左右， 1 m3 水投資在 1 2 元左右，較之生物處理方法投資 (1 m3 水投資 100 元左右 ) 以及臭氧生物活性炭工藝投資 (1 m3 水投資 250 元左右 ) 具有很大的優勢；同時增加的處理成本約為 0.02 元 /m3( 以每年平均污染期使用粉末活性炭投加設備 90 d ，平均投加量為 15 mg/L 計算 ) 。

3 　結論

　　根據我們長時間的理論研究以及工程實踐表明：粉末活性炭投加作為一項應急性的水質改善手段，只要正確解決技術使用上的炭種選擇、投加點、投加方式等問題，可以較好地提高水廠的出廠水水質，特別是對有機物 (CODMn) 、色度等水質指標的改善；同時該技術已經取得了工程實踐的檢驗，解決了使用過程中的粉塵污染、精確投加以及降低勞動強度實現自動化控制等諸多問題，並且該技術的使用投資少，效果明顯，運行成本低廉。

如何選購和鑒別活性炭品質

活性炭是利用優質無煙煤、木炭或各種果殼等作為原料，通過物理或化學方法經過特殊工藝加工的，具有發達孔隙結構和比表面積的一種碳製品，由於活性炭這種特殊的空隙結構，使得它具有極強的吸附能力，因此被廣泛用於空氣淨化、防毒防護、水處理、溶劑脫色等工業及民用領域。近年來，隨著人們對活性炭的逐步認識，活性炭市場也飛速發展，但在發展的同時，各種品質低劣的活性炭產品也趁虛而入，嚴重影響了活性炭市場的正常發展，給消費者造成不良的後果。為了讓消費者能夠選擇到放心的產品，這裏就如何選擇優質活性炭做一個簡要的說明。

　　活性炭雖然在外型和用途方面可以有許多品種，但活性炭有一個共同的特性，那就是 “ 吸附性 ” 。活性炭產生吸附性的原因就是因為它有發達的孔隙結構，就象我們所見到的海綿一樣，在同等重量的條件下，海綿比其他物體能吸收更多的水，原因也是因為它具有發達的孔隙結構。但活性炭的這種孔隙結構是肉眼無法看見的，因為他們只有 1×10-12mm—10-5mm 之間，比一個分子大不了多少。活性炭孔隙發達的程度是難以想像的，若取 1 克活性炭，將裏面所有的孔壁都展開成一個平面，這個面積將達到 1000 平方米（既比表面積為 1000g/m2 ）！影響活性炭吸附性的主要因素就取決於內部孔隙結構的發達程度。

　　在生產過程中，提高活性炭吸附性能的唯一辦法就是控制生產工藝，使單位體積內盡可能多地增加活性炭的孔隙結構。因此吸附性越高的活性炭由於含有大量的孔隙，使得其本身的密度變得越來越小，這就是為什麼吸附性越好的活性炭手感越輕的原因（前提是使用同一種原料生產，沒有浸過水或吸附過其他物質）。同時隨著吸附性的提高活性炭的生產成本也就越高，而且是呈幾何級數增長，這就是市場上有用低吸附活性炭冒充高吸附活性炭銷售的動機。

　　為了統一標準，使生產可控制化，在活性炭行業中通常用碘吸附值或四氯化碳吸附值（ CTC ）來標定活性炭的吸附值，吸附值越高，活性炭的吸附能力就越強。

　　瞭解了以上幾點，我們就不難判斷出活性炭性能的好壞了。吸附值越高活性炭性能就越好。那麼在無檢測設備的情況下如何簡單識別活性炭吸附值的高低呢？這裏介紹幾種比較容易的方法供參考。

1 、直接看廠家提供的指標。活性炭常用吸附指標主要有：碘吸附值、四氯化碳（ CTC ）吸附值、亞甲段  街擔  饢  街滌美幢硎淨鈈蘊慷砸禾邐鎦實奈  僥芰 Γ  穆然  嘉  街滌美幢硎淨鈈蘊慷雲  邐鎦實奈  僥芰 Γ  羌桌段  街凳怯美幢硎淨鈈蘊客焉芰 Φ 摹Ｕ餿  種副暝礁擼  礱骰鈈蘊康奈  僥芰 υ 角俊Ｒ虼舜蠹以詮郝蚧鈈蘊渴笨篩  葑約旱氖褂們榭黿岷銑 Ъ 姨峁 ┑ 惱廡 ┲ 副昀囪」菏屎獻約河猛鏡幕鈈蘊俊 ?br>
2 、用手掂重量。上面已經介紹過了，要想提高活性炭的吸附性能，只有盡可能多地在活性炭上製造孔隙結構，孔隙越多，活性炭越酥鬆，相對密度也就會越輕，因此好的活性炭手感上會比較輕，在同等重量包裝的情況下，性能好的活性炭會比劣質活性炭體積大許多。

3 、看氣泡。將一小把活性炭投入水中，由於水的滲透作用，水會逐漸浸入活性炭的孔隙結構中，迫使孔隙中的空氣排出，從而產生一連串的極為細小的氣泡，在水中拉出一條細小的氣泡線，同時會發出絲絲的氣泡聲，十分有趣。這種現象發生得越劇烈，持續時間越長，活性炭的吸附性就越好。

4 、看脫色能力。活性炭吸附能力的另一個表現就是脫色能力，活性炭具有能將有色液體變成淺色或無色的神奇能力，這其實就是因為活性炭吸附了有色液體裏的色素分子的原因造成的。正因為活性炭的這種特性，被廣泛應用於制糖工業領域中紅糖變白糖的生產過程中。取兩隻透明杯子，在一隻杯子裏放入純淨水，然後滴入一滴紅墨水（這裏可以用任何一種便於觀察但不改變水的性質的色素都可以，例如藍墨水、印表機彩色墨水，但不能使用墨汁和碳素墨水），攪拌均勻後將一半有色水倒入另一個杯子中留作對比樣。將活性炭放入有色水中，數量應達到水的一半或更多，這樣效果會比較明顯，靜置 10—20 分鐘後與對比水樣進行對照，在同等條件下，脫色效果越強說明活性炭吸附性越好。

選購活性炭還應注意以下幾點：

1 、活性炭包裝最好是密封包裝的。因為在空氣中或多或少地彌漫著各種有機大分子物質，特別是象在剛裝修不久的商店或家裏的儲藏櫃裏酚醛類物質濃度極大，這些物質都會被活性炭所吸附，日積月累，活性炭的吸附性能會因為吸附了這些物質而降低甚至無法使用。因此越是吸附值高的活性炭越應該採用密封包裝以防止活性炭性能被外界干擾。

2 、現在市場上出現的假冒活性炭有的是用活性炭的半成品 “ 炭化料 ” 來冒充，炭化料只有經過 “ 活化 ” 過程才能成為真正的活性炭，而活化過程正是活性炭製造工藝中最重要的製造孔隙結構的過程。缺少了這個過程的炭化料可以說幾乎沒有任何吸附性能，使消費者受害不淺。炭化料由於沒有進行活化造孔的過程，所以表面要比活性炭光潔，且顏色發白，略有金屬光澤，手感上要比活性炭硬，且重量也重許多。還有相當一部分的假冒活性炭採用的是劣質原料攙矽藻土燒制，其碳含量極低，大部分為無活性的物質，這種碳顏色相對較白，手感非常重，顆粒長度較長，強度也很高，互相碰撞會發出類似陶瓷敲擊時的清脆聲音，用手掰開會發現斷面上有白色細小顆粒，大家選購時一定要注意以免上當。

活性炭常識

　　活性炭 —— 是一種用途十分廣泛的多孔性炭吸附劑。它具有發達的孔結構、巨大的比表面、特異的表面官能團、穩定的物理和化學性，是優良的吸附劑、催化劑或催化劑載體。已成為工業、農業、國防、交通、醫藥衛生、環保事業和尖端科學等部門不可缺少的重要材料，與人類生活有著密切的聯繫。可以這樣說，活性炭生產與應用的程度，是國家富足、社會文明的一個重要標誌。
一、常用的活性炭分類：
　　1 、按原料分類：果殼炭（椰殼、杏核、核桃殼、橄欖殼等）煤質炭、木質炭等。
其中：椰殼材質（特別是東南亞椰殼）以強度高、吸附性能好、灰份低、使用週期長被國內外公認為是最佳的活性炭原料。
　　2 、按製造方法分類：氣體活化法炭（或物理活化法炭）、化學活化法炭（或化學藥品活化法炭）、化學 - 物理法活性炭
　　3 、按外觀形狀分類：不定型顆粒活性炭（或稱破碎活性炭）、成型活性炭（或定型活性炭）和粉狀活性炭

二、活性炭的孔徑分佈：
活性炭的孔隙大小從不到 1nm 直至 1 萬 nm 以上，按其孔隙大小可分為大孔、過渡孔微孔，其大小範圍如下：
大孔：半徑為 100-2000nm
過渡孔：半徑為 2-100nm
微孔：半徑為 2nm 以下。
活性炭中孔隙的大小對吸附質有選擇吸附的作用，這是由於大分子不能進入比它孔隙小的活性炭孔徑內。因此在選用活性炭時一定要瞭解您所需活性炭的孔徑分佈是否與您所要吸附的分子相匹配

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