小中大 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。
四、活性炭的特性
活性炭在制造过程中,挥发性有机物去除后,晶格间生成的空隙形成许多形状和大小不同的细孔。这些细孔壁的总表面积(即比表面积)一般高达500~1700m2/g,这就是活性炭吸附能力强、吸附容量大的主要原因。
细孔构造随原料、活化方法、活化条件不同而异,一般可以根据细孔半径的大小分为3种:1、大微孔:半径1000~100000?;2、过渡孔:20~2000 ?;3、小微孔:约20 ?。
一般来说,以煤为原料制造的活性炭通常采用以水蒸气或二氧化碳气体为介质的物理法活化,产品的形状以颗粒状为主,其孔径分布以微孔居多,更适合于吸附液相和气相中分子量和分子直径较小的物质,吸附性能指标通常以亚甲蓝吸附值和碘吸附值表示。
以木屑为原料制造的活性炭通常采取化学法活化,产品的形状以粉状为主,其孔径分布可通过调节化学活化剂的配比来进行控制,比较灵活,既可以制造出孔径分布以微孔居多的产品,也可制造出孔径分布中孔(过渡孔)占较大比例的产品,其中后者比较适合于吸附液相中分子量和分子直径较大的物质,吸附性能指标以焦糖脱色率表示。
以果壳类为原料制造的活性炭通常采取以水蒸气或二氧化碳气体为介质的物理法活化,产品的形状以颗粒状为主,由于其特殊材质的因素,其孔径分布介于上述两类活性炭之间,因此其应用范围更为广泛,缺点是受国内原材料的限制,成品较高。
五、活性炭的性能指标
活性炭产品的性能指标可分为物理性能指标、化学性能指标、吸附性能指标。三种性能指标对活性炭的选择和应用都起到非常重要的作用。
主要物理性能指标有:形状、外观、比表面积、孔容积、比重、目数、粒度、耐磨强度、漂浮率等。
主要化学性能指标有:PH值、灰分、水分、着火点、未炭化物、硫化物、氯化物、氰化物、硫酸盐、酸溶物、醇溶物、铁含量、锌含量、铅含量、砷含量、钙镁含量、重金属含量、磷酸盐等。
主要吸附性能指标有:亚甲蓝吸附值、碘吸附值、苯酚吸附值、四氯化碳吸附值、焦糖吸附值、硫酸奎宁吸附值、饱和硫容量、穿透硫容量、水容量、氯乙烷蒸汽防护时间、ABS值等。
六、活性炭的吸附原理
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的表面。
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。