活性炭手册

活性炭手册一、活性炭过滤原理活性炭的吸附能力与水温的高低、水质的好坏等有一定关系。水温越高，活性炭的吸附能力就越强；若水温高达３０℃以上时，吸附能力达到极限，并有逐渐降低的可能。当水质呈酸性时，活性炭对阴离子物质的吸附能力便相对减弱；当水质呈碱性时，活性炭对阳离子物质的吸附能力减弱。所以，水质的ＰＨ不稳定，也会影响到活性炭的吸附能力。活性炭的吸附原理是：在其颗粒表面形成一层平衡的表面浓度，再把有机物质杂质吸附到活性炭颗粒内，使用初期的吸附效果很高。但时间一长，活性炭的吸附能力会不同程度地减弱，吸附效果也随之下降。如果水族箱中水质混浊，水中有机物含量高，活性炭很快就会丧失过滤功能。所以，活性炭应定期清洗或更换。活性炭颗粒的大小对吸附能力也有影响。一般来说，活性炭颗粒越小，过滤面积就越大。所以，粉末状的活性炭总面积最大，吸附效果最佳，但粉末状的活性炭很容易随水流入水族箱中，难以控制，很少采用。颗粒状的活性炭因颗粒成形不易流动，水中有机物等杂质在活性炭过滤层中也不易阻塞，其吸附能力强，携带更换方便。活性炭的吸附能力和与水接触的时间成正比，接触时间越长，过滤后的水质越佳。注意：过滤的水应缓慢地流出过滤层。新的活性炭在第一次使用前应洗涤洁净，否则有墨黑色水流出。活性炭在装入过滤器前，应在底部和顶部加铺２～３厘米厚的海绵，作用是阻止藻类等大颗粒杂质渗透进去，活性炭使用２～３个月后，如果过滤效果下降就应调换新的活性炭，海绵层也要定期更换。二、影响粒状活性炭应用的主要性质应用粒状活性炭，尤其大量应用，最影响效果和成本的活性炭主要性质是：吸附量；压降或床层膨胀；抗磨性；大小、水分、灰分、pH值和可溶物。应用较为大量的粒状活性炭都装在柱型设备中，就要讲究压降(压头损失)或床层膨胀，是设计炭柱的必要因素。压降由微粒大小和大小分布所决定。床层膨胀由微粒大小、形状和大小分布以及微粒密度所决定。大量使用粒状活性炭时，常加水以泵输送和以运输带脱水，因此要重视活性炭的损失量，讲求活性炭的抗磨性。三、评价活性炭的吸附能力吸附分液相吸附和气相吸附两类，液相吸附能力常以吸附等温线进行评价，气相吸附能力以溶剂蒸气吸附量评价。吸附等温线表示一定温度下吸附系统中被吸附物质的分压或浓度与吸附量之间的关系，即当保持温度不变，可测得平衡吸附量和分压或浓度间的变化关系。以剩余浓度为横轴，以活性炭单质量的吸附量为纵轴可绘出关系曲线。当保持分压或浓度不变，可测得平衡吸附量和温度间的变化关系，绘出关系曲线，即吸附等压线。由于在工业装置中少量成分吸附大致在等温状态下进行，所以吸附等温线最为重要和常用。溶剂蒸气吸附量表示气相吸附性能，可用颗粒活性炭的四氯化碳吸附率的测定为例，在规定的试验条件下，即规定的炭层高度、气流比速、吸附温度、测定管截面积、四氯化碳蒸气浓度的条件下，持含有一定四氯化碳蒸气浓度的混合空气流不断地通过活性炭，当达到吸附饱和时，活性炭试样所吸附的四氯化碳的质量与试样质量之百分比作为四氯化碳的吸附率。活性炭应用中对于吸附能力，最好用实际拟用的活性炭、操作的条件、具体的处理物进行评价测试。活性炭的吸附量，即单位活性炭所吸附的吸附质的量，工业上也有称为活性炭的活性，活性有两种表示方法：静活性-----即通常所指的吸附剂达到平衡的吸附量。动活性----是指流体混合物通过活性炭床层，其中吸附质被吸附，经一些时间的运作，活性炭床层流出的流体中开始出现含有一定的吸附质，说明活性炭床层失去吸附能力，此时活性炭上已吸附的吸附质的量，就称为活性炭的活性。是设计大量的、经常的、重要的吸附系统所需的数据。用液相等温线法测定活性炭吸附能力的标准实用方法，可用于测定原始的和再活化的和粉状活性炭的吸什能力。四、活性炭比表面积和吸附能力的关系一般来说活性炭的比表面积（BET）越大，吸附力也越大，但是有时候却不一定。BET是用氮气或丁烷的吸附方法测出活性炭总表面积的应用参数。按理BET越大，吸附力就越大。可是在实际应用中这概念有局限性，因为活性炭的孔有大孔、中孔和微孔的区别，有时仅有部分的孔适合于某类大小吸附物的进入。在液相应用中，通常有机物的吸附值随分子量（分子大小）的提高而提高。直到分子大到不能进孔为止。最理想的活性炭是具有大量恰好稍大于吸附物分子的孔。孔太小，吸附物进不了；孔太大，使单位体积的表面积减少。在气相应用中，小分子被吸附进入微孔。这时总表面积的概念是合用的。至于活性炭对金属络合物的吸附，涉及化学键的形成，也不是BET越大越好。五、活性炭在液相吸附中的应用活性炭在液相中主要用于脱色精制，有时也用于捕集回收或分离。液体用活性炭进行脱色精制时，除了脱色（即吸附除去在可见光波长内具有吸光性的物质）以外，同时还能够除去在可见光波长以外具有吸光性的物质，除去颜色的前躯物质，除去有臭味的物质或调整香味，除去臭味的前躯物质，除去浑浊及可能导致浑浊的物质，除去起泡性物质，除去妨碍结晶的物质，除去胶体物质，除去对胶体有保护性的物质，除去生理性有害物质，以及除去促进产品变质的物质等，具有多种综合性的精制作用。液相扩散速度比气相小得多，为了在短时间内获得吸附效果，因此常常使用粒度很细小的粉末状活性炭。但是，在处理量很大的场合，颗粒状活性的用例不断增加。因为其操作方便，容易再生。表3-6-4中列示了液相中使用活性炭的主要操作方式。表3-6-4液相中使用活性炭的主要操作方式。活性炭种类采用方法操作方式粉末状活性炭间歇接触法成层过滤法连续接触法一段接触式多段分批添加式多段逆流接触式颗粒状活性炭渗滤法固定层式连续移动式间歇移动层式六、活性炭在精制气体中的应用精制工业用原料气体或工艺气体活性炭用于精制多种工业用原料气体或工艺气体，以除去它们中所含有的各种杂质，提高纯度和使用价值。表3-6-1中列示了用活性炭精制的一些气体名称以及要除去的杂质成分。表3-6-1活性炭对原料气体及工艺气体的精制气体名称要除去的成分氢气氦气氯气氯化氢二氧化碳乙炔乙烯水煤气裂化气烟道气情性气体原料用空气Hg、CO2、CH4、H2S、N2、NH3H2、N2、Ar、Ne、O2、CO2烃类的氯化物烃类的氯化物无机及有机硫化物、油、臭气无机及有机硫化物、高级炔烃、二烯烃、磷化氢、丙酮、聚合性物质无机及有机硫化物、乙炔、二烯烃无机及有机硫化物、聚合性物质无机及有机硫化物、聚合性物质无机及有机硫化物、油无机及有机硫化物、油无机及有机硫化物、油、臭气由表3-6-1可见，用活性炭精制气体是将小分子、低沸点气体中的少量大分子、高沸点的气体除去。七、活性炭在液相吸附中的应用--水处理水处理水处理是活性炭应用广，潜力最大的部门。饮用水的质量直接关系人体健康；排水及废水处理与否对地球水环境有重大影响。发达国家活性炭用量的50%以上与水处理有关；我对水质重视程度也逐渐增加。（1）处理上水（自来水）：上水用活性炭处理的目的是提高水质，除去臭气、臭味、腐殖质、油类、农药、洗涤剂等对人体有害的物质。（2）处理生产用水：活性炭在处理各种生产用水中获得广泛应用。如在酿造业、清凉饮料业及制冰业，使用活性炭除去地下水中的颜色、臭味、胶体物质、洗涤剂、农药及其他有机物质，或者除去自来水中的游离氯气、臭味等；电力、化学等工业部门用活性炭处理锅炉用水及锅炉回流水的脱油；医药工业用活性炭除去水中的致热源；电子工业使用活性炭制取超纯水；海运业使用活性炭制造饮用水；水族馆中用活性炭除去自来水中的氯气等。此外，活性炭还用于保护离子交换树脂，净化工厂的循环用水等。（3）处理生产废水：各种生产过程中排出的废水，含有不同的杂质，但比较单纯，易于进行处理。因此，应该处理以后再排放或者循环使用。（4）处理下水（污水）：下水是各种废水汇集成的污水，成分极其复杂。进行处理时，通常将凝聚沉淀法（物理法）、活性炭泥法（生物法）与活性炭吸附法配合使用，以提高处理效果，降低处理成本。活性炭处理通常和生物法配合使用，或置于其后作为终级处理。经过处理，可以除去颜色、农药、洗涤剂、臭味，以及BOD、COD、TOC等杂质，作为工农业用水而再次利用或排放。八、活性炭对各种蒸气之吸附能力活性炭对各种蒸气之吸附能力指數品名指數品名指數品名指數品名指數品名4硝基甲烷3硝酸2丙烷3乙醚4家具臭3甲醇4消毒剂4丙酸1乙烯4果实臭3甲醚4樟脑4丙醇3环氧乙烷4气油4油加利油4食品芳香2丙烯4二气乙醇3脢4肉臭1氢气4塗料臭3氯化烷4辛酸4浴室臭4苯乙稀3己烷2盐酸3花粉4醋酸丙酯3光气4庚烷3氯化甲烷4癌肿臭3醋酸甲酯3麻醉劑4苯3氯化稀4罐头工場3三氧化硫4酸酐3放射性物4丙基氯4蚁酸4四氯乙烯1沼气4防臭剂3氯气3甲酸乙酯4四氯化碳4M.E.K4防腐剂4辛烷3甲酸甲酯4二乙胺3漂白液4防虫剂3青酸4二甲苯4二氧雜环4比啶3碘化氢4精油4鱼臭4环己烷4肥料臭4碘气4酚4杂酚3二甲基苯3病毒4碘仿3煤烟4巴豆醛4硫酸二甲3不完全燃4酪酸4肥皂臭4氯丁二烯3车排气3丁二烯1硫化氢4接著剂4氯苯4树脂臭2丁烷4硫酸4体臭4乳酸4臭化乙烷4丁醇1一氧化氮4香烟4尿酸4臭素4丁酮1坏疽臭4焦油4尿素2臭化氢2氟化氢1己烷1二氧化碳3二硫化碳3臭化甲烷4腐败臭3己胺4臭氧气3燃烧气4润滑油4塑料臭4酒精4家畜臭4糊臭4病院臭4残留酸4戊酸4棕榈酸3对二氯苯九、活性炭对各种有机物质之吸附容量活性炭对各种有机物质之吸附容量成分饱合吸附摘要成分饱合吸附摘要容量(%)容量(%)(醇类)(芳香烃类)乙醇21苯23溶剂甲醇10木精硝基(代)苯20丁醇34溶剂甲苯25溶剂戊醇35杂醇油二甲苯26溶剂(有机酸)醋酸(乙酸)37药品(脂肪类碳化氢)酪酸35体臭丙烷5燃料甲酸7药品丙烯5煤气棕榈酸35棕榈油癸烷35灯油成分丙酸30庚烷20汽油成分丙烯酸20己烯10汽油成分辛酸35动物臭壬烷30灯油成分(无机气体)(醚)8燃料胺一些刺激臭乙醚溴40二异丙醚15医药品二硫化碳15粘胶甲醚18溶剂四氯化碳45溶剂滅火用丁醚10气15顏料制造(酯)20溶剂溴化氢12药品醋酸戊酯氯化气12燃烧气体醋酸丁酯41漆溶剂氟化氢10氟醋酸乙酯28漆溶剂碘化气15醋酸丙酯19漆溶剂硫化气3腐蛋臭醋酸甲酯23漆溶剂碘40(醛)16溶剂硝酸20药品二氧化氨10燃烧气体乙醛7药品燃燒排气臭氧分解氧放電管丙醛15二氧化硫10燃烧排气丁醛20柴油廢气三氧化硫15燃烧排气合成用剂硫酸30药品甲醛很少燃烧排气臭(鹵化烴類)(其他化合物)三氯乙烯13乾洗用石碳30苯酚烧脂三氯甲烷40麻醉藥甲酚30医院消毒液臭三碘甲烷30防腐用皮啶25烟草臭異丙基氯20糞臭素25排泄物氯化甲烷5冷煤松节油32溶剂二氯甲烷25吉草酸35体臭、脚臭四氯代甲烷60(硫醇)蓋醇20烟硷25烟草甲硫醇20黃萝蔔硷菜臭茨酮20乙硫醇23蒜、蔥、汙水(多成分臭)丙硫醇25汙水臭大(酮類)廁所臭大丙酮10溶剂料理臭大二乙基甲酮30溶剂食物臭大丁酮10溶剂包裝室臭大甲基丁基酮20溶剂体臭大十、不适合使用活性炭吸附处理的VOCs反应性化合物有机酸、醛类、某些酮类、某些聚合物单体酚类二醇类、胺类高沸点物可塑剂、树脂14以上之长链碳氢化合物十一、活性炭在液相吸附中的应用其他液相精制除了水处理以外，活性炭还在制糖、食品、酿造、医药、化工等许多部门的液相精制中具有广泛的用途。表3-6-5中列举了一些觉见的用例。表3-6-5活性炭液相精制的用例工业种类工业部门产品名称活性炭精制效果精制糖甘蔗糖甜菜糖糖蜜A、B、C、DA、B、CA、B、C、J、捕集甜菜碱及谷氨酸淀粉葡萄糖水饴糖A、B、C、D、FA、B、D、F食品工业乳制品乳糖A、B、D、F酿造清酒啤酒葡萄酒、果酒、酱油威士忌、朗姆、白兰地、伏特加、食用醋A、E、D、防止火落菌A、E、D（防止冷雾）A、E食品工业油脂食用油人造奶油、可可脂、猪油A、B、F、GA、F、G食品添加剂味精、核酸调味品、乳酸、柠檬酸、酒石酸、戊烯二酸、抗坏血酸调味液琼脂、果胶、明胶A、B、D、FA、E、FA、F其他糖浆、果汁糖果屑A、FA、F、J医药工业医药品注射剂抗菌性物质、磺胺制剂、生物碱、纵他命、荷尔蒙针剂、注