活性炭是一种经特殊处理的炭,将有机质料(果壳、煤、木材等)在隔绝空气的条件下加热,以减少非碳成分(此进程称为炭化),然后与气体反响,外表被腐蚀,产生微孔兴旺的结构 (此进程称为活化)。由于活化的进程是一个微观进程,即很多的分子碳化物外表腐蚀是点状腐蚀 ,所以造成了活性炭外表具有很多细小孔隙。活性炭外表的微孔直径大多在2~50nm之间,即便是少数的活性炭,也有巨大的外表积,每克活性炭的外表积为500~1500m2,活性炭的全部简介
活性炭是由木质、煤质和石油焦等含碳的质料经热解、活化加工制备而成,具有兴旺的孔隙结构、较大的比外表积和丰厚的外表化学基团,特异性吸附能力较强的炭资料的统称。
通常为粉状或粒状具有很强吸附能力的多孔无定形炭。由固态碳质物(如煤、木料、硬果壳、果核、树脂等)在隔绝空气条件下经600~900℃高温炭化,然后在400~900℃条件下用空气、二氧化碳、水蒸气或三者的混合气体进行氧化活化后获得。
炭化使碳以外的物质蒸发,氧化活化可进一步去掉残留的蒸发物质,产生新的和扩大原有的孔隙,改进微孔结构,增加活性。低温(400℃)活化的炭称L-炭,高温(900℃)活化的炭称H-炭。H-炭必须在慵懒气氛中冷却,否则会转变为L-炭。活性炭的吸附性能与氧化活化时气体的化学性质及其浓度、活化温度、活化程度、活性炭中无机物组成及其含量等因素有关,*要取决于活化气体性质及活化温度。
活性炭的含炭量、比外表积、灰分含量及其水悬浮液的pH值皆随活化温度的进步而增大。活化温度愈高,残留的蒸发物质蒸发愈彻底,微孔结构愈兴旺,比外表积和吸附活性愈大。
活性炭中的灰分组成及其含量对炭的吸附活性有很大影响。灰分*要由K2O、Na2O、CaO、MgO、Fe2O3、Al2O3、P2O5、SO3、Cl-等组成,灰分含量与制取活性炭的质料有关,而且,随炭中蒸发物的去除,炭中的灰分含量增大。
截止2007年,国际活性炭年产量达900kt,其间煤基(质)活性炭占总产量的2/3以上;而中国年产量已突破400kt,居国际*位,美国、日本等也是国际*要的活性炭产出国。
理化特性
依据活性炭的外形,通常分为粉状和粒状两大类。粒状活性炭又有圆柱形、球形、空心圆柱形和空心球形以及不规则形状的破碎炭等。跟着现代工业和科学技术的发展,出现了许多活性炭新品种,如炭分子筛、微球炭、活性炭纳米管、活性炭纤维等。
孔隙结构
活性炭是由石墨微晶、单一平面网状碳和无定形碳三部分组成,其间石墨微晶是构成活性炭的主体部分。活性炭的微晶结构不同于石墨的微晶结构,其微晶结构的层间距在0.34~0.35nm之间,空隙大。即便温度高达2000 ℃以上也难以转化为石墨,这种微晶结构称为非石墨微晶,绝大部分活性炭属于非石墨结构。石墨型结构的微晶排列较有规则,可经处理后转化为石墨。非石墨状微晶结构使活性炭具有兴旺的孔隙结构,其孔隙结构可由孔径散布表征。活性炭的孔径散布范围很宽,从小于1nm到数千nm。有学者提出将活性炭的孔径分为三类:孔径小于2nm为微孔,孔径在2~50nm为中孔,孔径大于50nm为大孔。
活性炭中的微孔比外表积占活性炭比外表积的95%以上,在很大程度上决议了活性炭的吸附容量。中孔比外表积占活性炭比外表积的5%左右,是不能进入微孔的较大分子的吸附位,在较高的相对压力下产生毛细管凝聚。大孔比外表积一般不超越0.5m2/g,仅仅是吸附质分子到达微孔和中孔的通道,对吸附进程影响不大。