活性炭的主要成分是碳,含碳量約90%,通常是用各種植物碎料(木屑、椰殼及蔗渣等)或適當?shù)拿夯蚰咎繛樵?,?jīng)過特殊的加工處理制成?;钚蕴康膬?nèi)部有很多極微細的孔隙??紫兜闹睆胶苄。士偙砻娣e很大,有很強的吸附能力。因原料和制造方法的不同,活性炭的品種相當多,分別適用于不同的用途。粉狀活性炭的微孔可以吸附低分子量的氣體和溶液中的小分子,但分子量較高的分子不能進入微孔內(nèi);中孔提供進入微孔的通道,本身又能吸附分子量較高的物質(zhì);大孔則兼有提供通道和吸附的作用。如果用活性炭吸附小分子物質(zhì),例如某些氣體(毒氣)和低分子量的有機物,可以使用微孔較多的產(chǎn)品;但如果要吸附較大的分子,則要選用有較多中孔的產(chǎn)品?;钚蕴康目紫兜臓顩r,決定于所用的生產(chǎn)原料及其成分、制造方法和條件等。
粉狀活性炭產(chǎn)品的外形主要有粉狀和粒狀兩大類。粉狀活性炭是非常微細的粉末,絕大部分可通過200目篩網(wǎng),大部分可通過325目篩網(wǎng),粉的尺寸在1~150μm之間(平均約40μm);通常,炭粉越幼細,它對雜質(zhì)的吸附速度越大。故常將活性炭產(chǎn)品進行高度的破碎和篩選,得到微細的粉末。粉狀炭的缺點是再生比較困難,通常不再生使用,故消耗量較大(近年也有研究將它再生)。粒狀活性炭通常都再生使用,消耗量較少。它有不定型顆粒狀和柱狀顆粒兩種,粒度在0.5~4mm之間。前者是通過適當?shù)钠扑楹秃Y選得到的,后者則是將原料通過造粒機壓制成型的。
用木屑為原料和用化學活化法通常制造粉狀活性炭。顆粒活性炭多數(shù)是用煤或木炭為原料,粉碎后加粘合劑(如煤焦油、木素磺酸等)壓制成型,經(jīng)過干餾炭化,然后活化處理制成(或在活化前再打碎成適當?shù)牧6?/span>)。
【粉狀活性炭的質(zhì)量與性能】
粉狀活性炭的質(zhì)量有多項物理與化學的指標,主要的如:水分、灰分、酸溶物、各種金屬和酸根的含量,以及它的吸附性能等。對于不同用途的活性炭,時常用不同的物質(zhì)和方法來檢驗它的吸附性能,如亞甲基藍吸附值、碘吸附值、焦糖吸附值、硫酸奎寧吸附值等。其中亞甲基藍吸附值是最常用的。亞甲基藍是一種深藍色染料,對它的吸附量反映了活性炭吸附小分子物質(zhì)的能力;具有大量微孔的活性炭,此值較高。焦糖吸附值(或稱焦糖脫色率、或糖蜜吸附率)是反映活性炭對具有較高分子量的有色物質(zhì)的吸附性能,性能良好的活性炭,此值達到100~110。
國內(nèi)外制造的活性炭,都有一類稱為“糖用活性炭”的產(chǎn)品,它可用于糖廠,也可以用在其他類似的行業(yè),如葡萄糖溶液及味精溶液的精制脫色等。它的主要特點是具有較多的中孔,因而適于處理含有較多大分子有機物的溶液。這種活性炭的焦糖吸附值比較高。 我國“糖液脫色用活性炭”的國家標準(GB/T13803.3-1999)規(guī)定,活性炭產(chǎn)品分為優(yōu)級品、一級品和二級品三種。其水分都低于10%;焦糖脫色率分別高于100、90和80,灰分分別低于3%、4%和5%(用磷酸法生產(chǎn)的活性炭可在7%~9%,不分等級),酸溶物分別低于1%、1.5%和2%,還有鐵含量和氯含量的規(guī)定。它們的pH值都在3~5之間。
【活性炭的技術指標及主要特性】
活性炭是一種很細小的炭粒 有很大的表面積,而且炭粒中還有更細小的孔——毛細管。這種毛細管具有很強的吸附能力,由于炭粒的表面積很大,所以能與氣體(雜質(zhì))充分接觸。當這些氣體(雜質(zhì))碰到毛細管被吸附,起凈化作用?;钚蕴康谋砻娣e研究是非常重要的,活性炭的比表面積檢測數(shù)據(jù)只有采用BET方法檢測出來的結果才是真實可靠的,國內(nèi)目前有很多儀器只能做直接對比法的檢測,現(xiàn)在國內(nèi)也被淘汰了。目前國內(nèi)外比表面積測試統(tǒng)一采用多點BET法,國內(nèi)外制定出來的比表面積測定標準都是以BET測試方法為基礎的,請參看我國國家標準(GB/T 19587-2004)-氣體吸附BET原理測定固態(tài)物質(zhì)比表面積的方法。比表面積檢測其實是比較耗費時間的工作,由于樣品吸附能力的不同,有些樣品的測試可能需要耗費一整天的時間,如果測試過程沒有實現(xiàn)完全自動化,那測試人員就時刻都不能離開,并且要高度集中,觀察儀表盤,操控旋鈕,稍不留神就會導致測試過程的失敗,這會浪費測試人員很多的寶貴時間。F-Sorb 2400比表面積測試儀是真正能夠?qū)崿F(xiàn)BET法檢測功能的儀器(兼?zhèn)渲苯訉Ρ确?/span>),更重要的F-Sorb 2400比表面積測試儀是迄今為止國內(nèi)唯一完全自動化智能化的比表面積檢測設備,其測試結果與國際一致性很高,穩(wěn)定性也很好,同時減少人為誤差,提高測試結果精確性。
活性炭對各氣體的吸附能力(單位:ml/cm3):
H2、 O2、N2、Cl2、CO2
4.5 、35、11、494、97
【機械特性】
(1)粒度:采用一套標準篩篩分法,求出留在和通過每只篩子的活性炭重量,表示粒度分布。
(2)靜觀密度或堆密度:飲食孔隙容積和顆粒間空隙容積的單位體積活性炭的重量。
(3)體積密度和顆粒密度:飲食孔隙容積而不飲食顆粒間空隙容積的單位體積活性炭的重量。
(4)強度:即活性炭的耐破碎性。
(5)耐磨性:即耐磨損或抗磨擦的性能。
這些機械性質(zhì)直接影響活性炭應用,例如:密度影響容器大小;粉炭粗細影響過濾;粒炭粒度分布影響流體阻力和壓降;破碎性影響活性炭使用壽命和廢炭再生。
【化學特性】
活性炭的吸附除了物理吸附,還有化學吸附?;钚蕴康奈叫约热Q于孔隙結構,又取決于化學組成。
活性炭不僅含碳,而且含少量的化學結合、功能團開工的氧和氫,例如羰基、羧基、酚類、內(nèi)酯類、醌類、醚類。這些表面上含有的氧化物和絡合物,有些來自原料的衍生物,有些是在活化時、活化后由空氣或水蒸氣的作用而生成。有時還會生成表面硫化物和氯化物。在活化中原料所含礦物質(zhì)集中到活性炭里成為灰分,灰分的主要成分是堿金屬和堿土金屬的鹽類,如碳酸鹽和磷酸鹽等。
【活性炭應用的安全問題】
通常都認為應用活性炭沒有安全問題,但實際沒有絕對的安全,對活性炭應用中的安全不能掉以輕心,對活性炭的性質(zhì)和不安全的可能性要有所認識。
A. 關于著火
1) 活性炭不列入危險品類,但是可燃的。著火后不會發(fā)生有焰燃燒,只是陰燃。
2)活性炭不會自燃,在空氣中可能會著火,與汽油、柴油等混合,可引起燃燒。
3)活性炭燃燒時如果通風不足,會生成有毒的一氧化碳。
B、關于貯存
1) 活性炭必須存放在盡可能防火的建筑內(nèi)。
2)活性炭不可與氧化劑混放
3)貯放處禁止明火,火花和吸煙