活性炭的生产、分类、吸附原理
时间：2017-02-04 作者：91再生 来源：91再生网
一、活性炭的生产
活性炭作为一种价廉易得的固体吸附剂，在实际生产生活中均得到广泛应用。
活性炭是用含碳为主的物质，如煤、木屑、果壳以及含碱的有机废渣等作原料，经高温炭化和活化制得的疏水性吸附剂。其生产过程大致分为三步：
1、干燥：原料在120～130℃情况下脱水。
2.炭化：加热温度在170℃以上时，原料中有机物开始分解，到400～600℃时炭化分解完毕。
3、活化：原料中的有机物炭化后，残图在炭基本结构的微孔中，使微孔堵塞。在高温条件下通入活化气，在缺氧情况下使残留炭发生水煤气反应，使微孔扩大，得到多孔结构的活性炭。
二、活性炭（废旧活性炭）的分类
由于原料来源、生产方法、外观形状和应用场合不同，活性炭（废旧活性炭）的种类（品种）很多，到目前为止尚无精确的统计材料，估计世界上活性炭品种不下千种。
1.按原料来源分
1.1木质活性炭
木质活性炭是指由木材、农作物秸杆、竹材及其加工废弃物和果壳为原料生产的活性炭产品。
1.2兽骨、血炭
利用兽骨、血为原料，按照一定方法制成的炭（有的含碳量只有百分之十几）也具有不差的吸附性能，严格意义上来说这种产品不能算作活性炭。但人们往往也习惯把它称作活性炭。
1.3矿物质原料活性炭
这一类活性炭主要是指由各种煤和石油及其加工产物（包括煤焦油、煤沥青、煤半焦、石油烃类、石油渣油、石油沥表、石油焦等）为原料制成的活性炭。
1.4其它原料的活性炭
为了科学研究和特殊用途的需要以及扩大活性炭原料来源，也可以用合成树酯、废橡胶、废塑料、生活和工业垃圾中的有机物等为原料生产活性炭。
现在还有用金属碳化物为原料，将金属除去而生产中孔特别发达的活性炭。
1.5再生活性炭
为了充分利用资源，许多在不同场合对已经使用过且已失去吸附活性炭经过不同方法的加工又恢复了全部或部分吸附性能，进行重复使用。使失去吸附性能的活性炭复吸附活性的过程叫活性炭再生，经过再生过程加工的活性炭叫再生活性炭。再生方法有热再生、化学洗脱、溶剂萃取再生、生物再生等。
2.按活化控制方法分
2.1化学法活性炭（化学炭）
将含碳原料与某些化学药品混合后进行热处理，制取活性炭（废旧活性炭）的方法叫化学法。用化学法生产的活性炭又称为化学法活性炭或化学炭。
可以作为化学法的化学药品又称作活化剂，活化剂有氯化锌、氯化钙、碳酸钾、磷酸、磷酸二氢钾、硫化钾、硫酸、氢氧化钾、氢氧化钠、硼酸等，总之许多酸、碱、盐都可以用作活化剂，主要从活性炭（废旧活性炭）的性能和经济性来考虑采用何种活化剂。
一般说来，化学炭的孔隙中次微孔、中孔（即孔直径或孔宽大于1.5纳米的孔隙）较发达，主要用于液相吸附精制和溶剂回收的气相（蒸汽）吸附场合。化学法生产活性炭由于加入了化学药品在生产过程中应当极其重视环境保护以及产品中可能存在微量非原料带入的元素的影响问题。
2.2物理法活性炭
以炭为原料，用水蒸汽、二氧化碳、空气（主要是氧）或它们的混合物（烟道气）为活化介质，在高温下（600～1000℃）进行活化制取活性炭（废旧活性炭）的方法叫物理法。物理法生产的活性炭叫物理法活性炭，也称作物理炭。
一般说来物理炭的微孔（孔直径或孔宽小于1.5纳米的孔隙）发达，主要用于气相吸附场合或小分子液相吸附场合。
2.3化学--物理法或物理--化学法活性炭
在了解化学炭和物理炭的同时，还应当提及化学--物理法或物理--化学法活性炭。选用不同的原料和采用不同的化学法与物理法的组合可以对活性炭（废旧活性炭）的孔隙结构进行调控，从而制取许多性能不同的活性炭。这种化学--物理法或物理--化学法是许多年来及今后相当长时期内，世界各国活性炭工作者非常关注的活性炭制取方法。
3.按外观形状分
3.1粉状活性炭
一般将90%以上通过80目标准筛或粒度小于0.175mm的活性炭通称粉状活性炭或粉状炭。粉状炭在使用时有吸附速度较快，吸附能力使用充分等优点，但需专有的分离方法。随着分离技术的进步和某些应用要求的出现，粉状炭的粒度有越来越细化的倾向，有的场合已达到微米甚至纳米级。
3.2颗粒活性炭
通常把粒度大于0.175mm的活性炭称作颗料活性炭。颗料活性炭又分为下列几种：
3.2.1
不定型颗料活性炭
不定型颗料活性炭一般由颗料状原料经炭化、活化，然后破碎筛分至需要粒度制成，也可以用粉状活性炭加入适当的粘结剂经适当加工而成。
3.2.2园柱形活性炭
园柱形活性炭又称柱状炭，一般由粉状原料和粘结剂经混捏、挤压成型再经炭化、活化等工序制成。也可以用粉状活性炭加粘结剂挤压成型。柱状炭又有实心和中空之分，中空柱状炭是柱状炭内有人造的一个或若干个有规则的小孔。
3.2.3球形活性炭
球形活性炭故名思义是园球形的活性炭，它的制取方法与柱状炭类似，但有成球过程。也可以用液态含碳原料经喷雾造粒、氧化、炭化、活化制成，还可以用粉状活性炭加粘结剂成球加工而成。球形活性炭也有实心和空心球形活性炭之分。
3.3其它形状的活性炭
除了粉状活性炭和颗粒活性炭两大类外，还有其他形状的，如活性炭纤维、活性炭纤维毯、活性炭布、蜂窝状活性炭、活性炭板等等。
4.按应用场合分
前面已提及活性炭广泛应用于几乎所有国民经济部门和人们的日常生活，正因为如此，按活性炭应用场合进行分类是很困难的，问题在于同一种活性炭可以应用于多种场合，而某种场合又可以用多种活性炭达到相同的目的。人们往往是由应用来获得对活性炭（废旧活性炭）的认识的，所以往往在活性炭词语前冠以×××活性炭，这也成为约定俗成的活性炭（废旧活性炭）的模糊分类方法，如糖用活性炭、针剂活性炭、味精活性炭、净水活性炭等等。
三、活性炭（废旧活性炭）的吸附原理
活性炭（废旧活性炭）的吸附可分为物理吸附和化学吸附。
物理吸附主要发生在活性炭去除液相和气相中杂质的过程中。活性炭（废旧活性炭）的多孔结构提供了大量的表面积，从而使其非常容易达到吸收收集杂质的目的。就象磁力一样，所有的分子之间都具有相互引力。正因为如此，活性炭孔壁上的大量的分子可以产生强大的引力，从而达到将介质中的杂质吸引到孔径中的目的。必须指出的是，这些被吸附的杂质的分子直径必须是要小于活性炭（废旧活性炭）的孔径，这样才可可能保证杂质被吸收到孔径中。这也就是为什么我们通过不断地改变原材料和活化条件来创造具有不同的孔径结构的活性炭，从而适用于各种杂质吸收的应用。
除了物理吸附之外，化学反应也经常发生在活性炭（废旧活性炭）的表面。活性炭不仅含碳，而且在其表面含有少量的化学结合、功能团形式的氧和氢，例如羧基、羟基、酚类、内脂类、醌类、醚类等。这些表面上含有地氧化物或络合物可以与被吸附的物质发生化学反应，从而与被吸附物质结合聚集到活性炭（废旧活性炭）的表面。
活性炭（废旧活性炭）的吸附正是上述二种吸附综合作用的结果。
当活性炭在溶液中的吸附速度和解吸速度相等时，即单位时间内活性炭吸附的数量等于解吸的数量时，此时被吸附物质在溶液中的浓度和在活性炭表面的浓度均不再变化，而达到了平衡，则此时的动平衡称为活性炭吸附平衡，此时被吸附物质在溶液中的浓度称为平衡浓度。
吸附分离原理
在两相介面上，一相中的物质或溶解在其中的溶质向另一相转移和积聚，使两相中物质浓度发生变化的过程称为吸附过程，既可以发生在液固介面，也可以发生在气固介面上。能够将其他物相中的某一组分有选择性地富集到自身表面的物质称为吸附剂，被吸附的物质称为吸附质。所谓介面，通俗地讲也就是表面，因此，吸附其实可以看成一种表面现象，吸附剂的吸附性能与其表面特性有密切的关系。例如比表面积。比表面积越大，吸附能力越强，通常比表面积随物质多孔性的增大而增大。
典型的吸附分离过程包含四个步骤：首先，将待分离的料液（或气体）通入吸附剂中；其次，吸附质被吸附到吸附剂表面，此时吸附是有选择性的；第三，料液流出；第四，吸附质解吸回收后，将吸附剂再生。
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