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第九屆廣東泵閥展

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FLOWTECH CHINA (GUANGDONG) 2025

202535-7日 廣州丨保利世貿(mào)博覽館

202535-7

廣州 | 保利世貿(mào)博覽館

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如何選擇活性炭?一文帶你看懂!

活性炭是一種常用的吸附劑、催化劑或催化劑載體,在水處理過(guò)程中當(dāng)有著廣泛的應(yīng)用,那么如何選擇活性炭?我們來(lái)一起分析一下!

1、什么是活性炭?

活性炭是一種含碳材料制成的外觀(guān)呈黑色,內(nèi)部孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)達(dá),比表面積大、吸附能力強(qiáng)的一類(lèi)微晶質(zhì)碳素材料,是一種常用的吸附劑、催化劑或催化劑載體?;钚蕴堪丛蟻?lái)源可分為:木質(zhì)活性炭、果殼活性炭、獸骨/血活性炭、礦物原料活性炭、合成樹(shù)脂活性炭、橡膠/塑料活性炭、再生活性炭等;活性炭按外觀(guān)形態(tài)可分為:粉狀、顆粒狀、不規(guī)則顆粒狀、圓柱形、球形和纖維狀等?;钚蕴康膽?yīng)用極其廣泛,其用途幾乎涉及所有的國(guó)民經(jīng)濟(jì)部門(mén)和人們?nèi)粘I?,如水質(zhì)凈化、黃金提取、糖液脫色、藥品針劑提煉、血液凈化、空氣凈化、人體安全防護(hù)等。

2、活性炭的成分及制作

活性炭材料是經(jīng)過(guò)加工處理所得的無(wú)定形碳,具有很大的比表面積,對(duì)氣體、溶液中的無(wú)機(jī)或有機(jī)物質(zhì)及膠體顆粒等都有良好的吸附能力?;钚蕴坎牧现饕ɑ钚蕴浚╝ctivated carbon , a c )和活性炭纖維(activated carbon fibers, acf )等?;钚蕴坎牧献鳛橐环N性能優(yōu)良的吸附劑,主要是由于其具有獨(dú)特的吸附表面結(jié)構(gòu)特性和表面化學(xué)性能所決定的?;钚蕴坎牧系幕瘜W(xué)性質(zhì)穩(wěn)定,機(jī)械強(qiáng)度高,耐酸、耐堿、耐熱,不溶于水與有機(jī)溶劑,可以再生使用,已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于化工、環(huán)保、食品加工、冶金、藥物精制、軍事化學(xué)防護(hù)等各個(gè)領(lǐng)域 。目前,改性活性炭材料被廣泛用于污水處理、大氣污染防治等領(lǐng)域,在治理環(huán)境污染方面越來(lái)越顯示出其誘人的美好前景。

活性炭80%-90%以上由碳元素組成,這也是活性炭為疏水性吸附劑的原因。除了碳元素外,還包含有兩類(lèi)摻和物:一類(lèi)是化學(xué)結(jié)合的元素,主要是氧和氫,這些元素是由于未完全炭化而殘留在炭中,或者在活化過(guò)程中,外來(lái)的非碳元素與活性炭表面化學(xué)結(jié)合,如用水蒸氣活化時(shí),活性炭表面被氧化或水蒸氣氧化;另一類(lèi)摻和物是灰分,它是活性炭的無(wú)機(jī)部分。

活性炭的主要原料幾乎可以是所有富含碳的有機(jī)材料,如煤、木材、果殼、椰殼、核桃殼、杏殼、棗殼等。這些含碳材料在活化爐中,在高溫和一定壓力下通過(guò)熱解作用被轉(zhuǎn)換成活性炭。在此活化過(guò)程中,巨大的表面積和復(fù)雜的孔隙結(jié)構(gòu)逐漸形成, 而所謂的吸附過(guò)程正是在這些孔隙中和表面上進(jìn)行的,活性炭中孔隙的大小對(duì)吸附質(zhì)有選擇吸附的作用,這是由于大分子不能進(jìn)入比它孔隙小的活性炭孔徑內(nèi)的緣故?;钚蕴渴怯珊繛橹鞯奈镔|(zhì)作原料,經(jīng)高溫炭化和活化制得的疏水性吸附劑。活性炭含有大量微孔,具有巨大無(wú)比的表面積,能有效地去除色度、臭味,可去除二級(jí)出水中大多數(shù)有機(jī)污染物和某些無(wú)機(jī)物,包含某些有毒的重金屬。

3、活性炭的原理

3.1、過(guò)濾原理

活性炭過(guò)濾器是將水中懸浮狀態(tài)的污染物進(jìn)行截留的過(guò)程,被截留的懸浮物充塞于活性炭間的空隙。濾層孔隙尺度以及孔隙率的大小,隨活性炭料粒度的加大而增大。即活性炭粒度越粗,可容納懸浮物的空間越大。其表現(xiàn)為過(guò)濾能力增強(qiáng),納污能力增加,截污量增大。同時(shí),活性炭濾層孔隙越大,水中懸浮物越能被更深地輸送至下一層活性炭濾層,在有足夠保護(hù)厚度的條件下,懸浮物可以更多地被截留,使中下層濾層更好地發(fā)揮截留作用,機(jī)組截污量增加。

從嚴(yán)格的理論上講,活性炭所具有的對(duì)懸浮物的截留能力來(lái)自活性炭所提供的表面積。流速低時(shí),機(jī)組的過(guò)濾能力主要地來(lái)自活性炭的篩除作用,而流速快時(shí),過(guò)濾能力來(lái)自活性炭顆粒表面的吸附作用,在過(guò)濾過(guò)程中活性炭所提供的顆粒表面積越大,對(duì)水中懸浮物的附著力越強(qiáng)。

3.2、吸附原理

根據(jù)吸附過(guò)程中活性炭分子和污染物分子之間作用力的不同,可將吸附分為兩大類(lèi):物理吸附和化學(xué)吸附(又稱(chēng)活性吸附)。在吸附過(guò)程中,當(dāng)活性炭分子和污染物分子之間的作用力是范德華力(或靜電引力)時(shí)稱(chēng)為物理吸附;當(dāng)活性炭分子和污染物分 子之間的作用力是化學(xué)鍵時(shí)稱(chēng)為化學(xué)吸附。物理吸附的吸附強(qiáng)度主要與活性炭的物理性質(zhì)有關(guān),與活性炭的化學(xué)性質(zhì)基本無(wú)關(guān)。由于范德華力較弱,對(duì)污染物分子的結(jié)構(gòu)影響不大,這種力與分子間內(nèi)聚力一樣,故可把物理吸附類(lèi)比為凝聚現(xiàn)象。物理吸附時(shí)污染物的化學(xué)性質(zhì)仍然保持不變。

由于化學(xué)鍵強(qiáng),對(duì)污染物分子的結(jié)構(gòu)影響較大,故可把化學(xué)吸附看做化學(xué)反應(yīng),是污染物與活性炭間化學(xué)作用的結(jié)果?;瘜W(xué)吸附一般包含電子對(duì)共享或電子轉(zhuǎn)移,而不是簡(jiǎn)單的微擾或弱極化作用,是不可逆的化學(xué)反應(yīng)過(guò)程。物理吸附和化學(xué)吸附的根本區(qū)別在于產(chǎn)生吸附鍵的作用力。

吸附過(guò)程是污染物分子被吸附到固體表面的過(guò)程,分子的自由能會(huì)降低,因此,吸附過(guò)程是放熱過(guò)程,所放出的熱稱(chēng)為該污染物在此固體表面上的吸附熱。由于物理吸附和化學(xué)吸附的作用力不同,它們?cè)谖綗?、吸附速率、吸附活化能、吸附溫度、選擇性、吸附層數(shù)和吸附光譜等方面表現(xiàn)出一定的差異?;钚蕴课郊夹g(shù)在國(guó)內(nèi)用于醫(yī)藥、化工和食品等工業(yè)的精制和脫色已有多年歷史。20世紀(jì)70年代開(kāi)始用于工業(yè)廢水處理。生產(chǎn)實(shí)踐表明,活性炭對(duì)水中微量有機(jī)污染物具有卓越的吸附性,它對(duì)紡織印染、染料化工、食品加工和有機(jī)化工等工業(yè)廢水都有良好的吸附效果。一般情況下,對(duì)廢水中以bod、cod等綜合指標(biāo)表示的有機(jī)物,如合成染料、表面性劑、酚類(lèi)、苯類(lèi)、有機(jī)氯、農(nóng)藥和石油化工產(chǎn)品等,都有獨(dú)特的去除能力。所以,活性炭吸附法已逐步成為工業(yè)廢水二級(jí)或三級(jí)處理的主要方法之一。

吸附是一種物質(zhì)附著在另一種物質(zhì)表面上的緩慢作用過(guò)程。吸附是一種界面現(xiàn)象,其與表面張力、表面能的變化有關(guān)。引起吸附的推動(dòng)能力有兩種,一種是溶劑水對(duì)疏水物質(zhì)的排斥力,另一種是固體對(duì)溶質(zhì)的親和吸引力。廢水處理中的吸附,多數(shù)是這兩種力綜合作用的結(jié)果?;钚蕴康谋缺砻娣e和孔隙結(jié)構(gòu)直接影響其吸附能力,在選擇活性炭時(shí),應(yīng)根據(jù)廢水的水質(zhì)通過(guò)試驗(yàn)確定。對(duì)印染廢水宜選擇過(guò)渡孔發(fā)達(dá)的炭種。此外,灰分也有影響,灰分愈小,吸附性能愈好;吸附質(zhì)分子的大小與炭孔隙直徑愈接近,愈容易被吸附;吸附質(zhì)濃度對(duì)活性炭吸附量也有影響。在一定濃度范圍內(nèi),吸附量是隨吸附質(zhì)濃度的增大而增加的。另外,水溫和ph值也有影響。吸附量隨水溫的升高而減少。

4、活性炭的特性

4.1、吸附特性

活性炭吸附法是利用多孔性的活性炭,使水中一種或多種物質(zhì)被吸附在活性炭表面而去除的方法,去除對(duì)象包括溶解性的有機(jī)物質(zhì),合成洗滌劑、微生物、病毒和一定量的重金屬,并能夠脫色、除臭、空氣凈化。

活性炭、磺化煤、沸石、焦炭等都是水處理常用的吸附劑,活性炭經(jīng)過(guò)活化后碳晶格形成形狀和大小不一的發(fā)達(dá)細(xì)孔,大大增加比表面積,提高吸附能力?;钚蕴康募?xì)孔有效半徑一般為1-10000nm,小孔半徑在2nm以下,過(guò)渡孔半徑一般為2-100nm,大孔半徑為100-10000nm。小孔容積一般為0.15-0.90ml/g,過(guò)渡孔面積一般為0.02-0.10ml/g;大孔容積一般為0.2-0.5ml/g。

活性炭是一種很細(xì)小的炭粒,有很大的表面積,而且炭粒中還有更細(xì)小的孔——毛細(xì)管。這種毛細(xì)管具有很強(qiáng)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(dāng)這些氣體(雜質(zhì))碰到毛細(xì)管被吸附,起凈化作用。活性炭的表面積研究是非常重要的,活性炭的比表面積檢測(cè)數(shù)據(jù)只有采用bet方法檢測(cè)出來(lái)的結(jié)果才是真實(shí)可靠的,國(guó)內(nèi)有很多儀器只能做直接對(duì)比法的檢測(cè)。現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)外比表面積測(cè)試統(tǒng)一采用多點(diǎn)bet法,國(guó)內(nèi)外制定出來(lái)的比表面積測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)都是以bet測(cè)試方法為基礎(chǔ)的,請(qǐng)參看中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(gb/t 19587-2004)-氣體吸附bet原理測(cè)定固態(tài)物質(zhì)比表面積的方法。

比表面積檢測(cè)其實(shí)是比較耗費(fèi)時(shí)間的工作,由于樣品吸附能力的不同,有些樣品的測(cè)試可能需要耗費(fèi)一整天的時(shí)間,如果測(cè)試過(guò)程沒(méi)有實(shí)現(xiàn)完全自動(dòng)化,那測(cè)試人員就時(shí)刻都不能離開(kāi),并且要高度集中,觀(guān)察儀表盤(pán),操控旋鈕,稍不留神就會(huì)導(dǎo)致測(cè)試過(guò)程的失敗,這會(huì)浪費(fèi)測(cè)試人員很多的寶貴時(shí)間。f-sorb 2400比表面積測(cè)試儀是真正能夠?qū)崿F(xiàn)bet法檢測(cè)功能的儀器(兼?zhèn)渲苯訉?duì)比法) ,更重要的f-sorb 2400比表面積測(cè)試儀是迄今為止國(guó)內(nèi)唯一完全自動(dòng)化智能化的比表面積檢測(cè)設(shè)備,其測(cè)試結(jié)果與國(guó)際一致性很高,穩(wěn)定性也很好,同時(shí)減少人為誤差,提高測(cè)試結(jié)果精確性。

影響活性炭吸附的因素有:活性炭的特性;被吸附物的特性和濃度;廢水的ph值;懸浮固體含量等特性;接觸系統(tǒng)及運(yùn)行方式等?;钚蕴磕苡行铰却鸁N、有機(jī)磷和氨基甲酸酯類(lèi)殺蟲(chóng)劑,還能吸附苯醚、正硝基氯苯、萘、乙烯、二甲苯酚、苯酚、ddt、艾氏劑、烷基苯磺酸及許多酯類(lèi) 和芳烴化合物。二級(jí)出水中也含有不被活性炭吸附的有機(jī)物,如蛋白質(zhì)的中間降解物質(zhì),比原有的有機(jī)物更難被活性炭吸附,活性炭對(duì)thms的去除能力較低,僅達(dá)到23-60%?;钚蕴课椒ㄅc其他處理方法聯(lián)用,出現(xiàn)了臭氧-活性炭法、混凝-吸附活性炭法、habberer工藝、活性炭-硅藻土法等,使活性炭的吸附周期明顯延長(zhǎng),用量減少,處理效果和范圍大幅度提高。

4.2、化學(xué)特性

活性炭的吸附除了物理吸附,還有化學(xué)吸附?;钚蕴康奈叫约热Q于孔隙結(jié)構(gòu),又取決于化學(xué)組成。

活性炭不僅含碳 ,而且含少量的化學(xué)結(jié)合、功能團(tuán)開(kāi)工的氧和氫,例如羰基、羧基、酚類(lèi)、內(nèi)酯類(lèi)、醌類(lèi)、醚類(lèi)。這些表面上含有的氧化物和絡(luò)合物,有些來(lái)自原料的衍生物,有些是在活化時(shí)、活化后由空氣或水蒸氣的作用而生成。有時(shí)還會(huì)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(lèi),如碳酸鹽和磷酸鹽等。

4.3、機(jī)械特性

1、粒度:采用一套標(biāo)準(zhǔn)篩篩分法,求出留在和通過(guò)每只篩子的活性炭重量,表示粒度分布。

2、靜觀(guān)密度或堆密度:應(yīng)是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:應(yīng)是孔隙容積而不應(yīng)是顆粒間空隙容積的單位體積活性炭的重量。

4、強(qiáng)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(jī)械性質(zhì)直接影響活性炭應(yīng)用,例如:密度影響容器大小;粉炭粗細(xì)影響過(guò)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。

5、活性炭的分類(lèi)

5.1、按原料來(lái)源分:

1、木質(zhì)活性炭2、獸骨 / 血活性炭3、礦物質(zhì)原料活性炭4、其它原料的活性炭5、再生活性炭

5.2、按制造方法分:

1、化學(xué)法活性炭(化學(xué)炭)2、物理法活性炭(物理炭)3、化學(xué)–物理法或物理–化學(xué)法活性炭

5.3、按外觀(guān)形狀分:

1、粉狀活性炭2、顆?;钚蕴?、不定型顆料活性炭4、圓柱形活性炭5、球形活性炭6、其它形狀的活性炭

5.4、按孔徑分:

1、大孔:孔徑》1000a°2、過(guò)渡孔:孔徑20 ~1000a°3、微孔:孔徑《 20a°活性炭的表面積主要是由微孔提供的,

5.5、按材質(zhì)分類(lèi):

1、種類(lèi):原料2、木質(zhì)活性炭:以木屑、木炭等制成的活性炭3、果殼活性炭:以椰子殼、核桃殼、杏核殼等制成的活性炭 煤質(zhì)活性炭 以褐煤、泥煤、煙煤、無(wú)煙煤等制成的活性炭 石油類(lèi)活性炭 例如以瀝青等為原料制成的瀝青基球狀活性炭 再生炭 以用過(guò)的廢炭為原料,進(jìn)行再活化處理的再生活性炭。

6、活性炭的技術(shù)指標(biāo)

注:選用優(yōu)質(zhì)木炭和木屑為原料,采用物理法和化學(xué)法精制而成。產(chǎn)品為黑色粉末狀,無(wú)毒無(wú)味,孔隙發(fā)達(dá),不含對(duì)水質(zhì)有不良影響的水中溶解物。具有吸附能力強(qiáng)、脫色效果佳、過(guò)濾速度快等優(yōu)點(diǎn)。能有效吸附液相中大小分子結(jié)構(gòu)不良物質(zhì),廣泛應(yīng)用于生活污水、化工污水、醫(yī)用污水及城市污水等各種類(lèi)型的污水,特別是對(duì)污水的脫色、除味,降cod等有絕佳的效果。

7、水處理活性炭的選型

好的活性炭必須具有吸附容量大、使用壽命長(zhǎng)、機(jī)械強(qiáng)度高、灰份低、易沖洗、出水水質(zhì)好等特點(diǎn),它不但能除去異臭、異味、提高色度,而且對(duì)水中的各種有毒有害物質(zhì)如:氯、酚、汞、鉛、砷、氯化物、洗滌劑、農(nóng)藥、化肥等污染物具有很高的去除率。

具體主要技術(shù)指標(biāo)如下:

1、粒度(10—24目2.0—0.8mm ):≥95%

說(shuō)明:通常來(lái)說(shuō),顆粒越小的活性炭,比表面積越大,也就是吸附效果越好,但是顆粒越小,損耗也會(huì)越大,粉塵也會(huì)越多。

2、碘吸附值:≥1000mg/g

說(shuō)明:一般來(lái)說(shuō)碘吸附值越高,活性炭的吸附能力越強(qiáng)。

3、比表面積:1000—1200m2/g

說(shuō)明:若取1克活性炭,將里面所有的孔壁都展開(kāi)成一個(gè)平面,這個(gè)面積將達(dá)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于內(nèi)部孔隙結(jié)構(gòu)的發(fā)達(dá)程度。(既比表面積越大,活性炭的吸附效果越好)。

4、亞甲蘭脫色力:≥10ml/g

說(shuō)明:除色能力。

5、耐磨強(qiáng)度:≥95%

說(shuō)明:即耐磨損或抗磨擦的性能;強(qiáng)度越高,活性炭性能越好。

6、干燥減量:≤10%

說(shuō)明:干燥減量及指水分,此值越低,活性炭質(zhì)量越好。

7、灼燒殘?jiān)骸?%

說(shuō)明:灼燒殘?jiān)爸富曳?,此值越低,活性炭質(zhì)量越好。

8、充填比重:0.48—0.55g/ml

說(shuō)明:充填比重及指密度,一般密度越小,活性炭的吸附力越好。

9、ph值:6—8

內(nèi)容來(lái)源:環(huán)保工程師

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