活性炭吸附材料分析報(bào)告[范本]

活性炭吸附材料分析報(bào)告吸附材料題目：_活性炭吸附材料簡介_班級：_ _學(xué)號：_姓名：_20x年x月x日活性炭吸附材料簡介摘要：概述了活性炭材料的表面結(jié)構(gòu)性質(zhì)和表面化學(xué)性質(zhì)與活性炭材料的改性，就活性炭 材料在環(huán)境污染處理中的應(yīng)用進(jìn)行了一些綜述。關(guān)鍵詞：活性炭材料 活性炭可大致分為三個階段：(1)第一階段，從20世紀(jì)初到約20世紀(jì)20年代為萌芽階段:(2)第二階段，從約20世紀(jì)20年代中期為中期為成長階段;(3)第三階段，從20世紀(jì)中期到20世紀(jì)末期為發(fā)展階段，發(fā)展成為環(huán)保大應(yīng)用階段。這三個階段可用活性炭應(yīng)用歷程中兩件歷史性大事。作為劃分的界限。第一件大事使活性炭防毒面具，在20世紀(jì)20年代在第一次世界大戰(zhàn)中的應(yīng)用?？梢源巫鳛閯澐只钚蕴繎?yīng)用歷史的第一階段和第二階段的界限?；钚蕴吭诔跗谥饕獞?yīng)用使粉炭在糖業(yè)中逐步代替了原來的骨炭。在20世紀(jì)20年代的第一次世界大戰(zhàn)中出現(xiàn)的顆粒大量應(yīng)用于防毒面具。這是工業(yè)化學(xué)史輝煌的一頁。當(dāng)時荷蘭的Norit和捷克斯洛伐克、德國、法國、瑞士等國的制造商和批發(fā)商曾成立一個聯(lián)合公司，說明在歐洲萌芽的活性炭也是廣為看好的新興產(chǎn)業(yè)。通過防毒面具應(yīng)用的推動，活性炭歷史進(jìn)入了第二階段，活性炭市場不斷擴(kuò)大，活性炭的吸附和催化功能在眾多行業(yè)的精制、回收、合成上的應(yīng)用陸續(xù)開發(fā)，美國等的活性炭廠陸續(xù)開設(shè)。在20世紀(jì)中葉不斷拓展應(yīng)用面的活性炭，被視為“萬能吸附劑”。第二件大事是活性炭除臭作用，在20世紀(jì)40年代數(shù)以百計(jì)的自來水廠中采用了活性炭除臭。以此作為劃分活性炭應(yīng)用歷史的第二階段與第三階段的界限。1927年美國芝加哥自來水廠發(fā)生了廣大居民難以接受的自來水惡臭事故，這是由于原水中的苯酚和消毒用的氯生成異臭所致。德國等地的自來水廠也發(fā)生了同樣的事故，這些事故都是用活性炭來解決的。此后，隨著環(huán)境保護(hù)日益受到重視，政府法令的日趨嚴(yán)格?；钚蕴坎粌H在凈水方面，而且在凈氣等方面的用量劇增，使得在20世紀(jì)的后半葉，環(huán)保產(chǎn)業(yè)成為活性炭應(yīng)用的大戶。由此活性炭歷史進(jìn)入了第三階段，即發(fā)展階段。活性炭的組成元素因原料而異，大致含炭90%95%，含氧2%5%，含氫在%以下，幾乎不含氮和硫。如果以木材類作原料，活性炭中含金屬化合物1%2%，以煤作原料時，金屬化合物的含量很高，達(dá)5%10%?；钚蕴渴欠蔷w物質(zhì)，由排列成六邊形的碳原子平面層組成，這些平面層的排列不是類似于石墨的結(jié)構(gòu)，而是雜亂且無規(guī)律地排列成“螺層狀結(jié)構(gòu)”。 活性炭是一種多孔炭材料，具有高度發(fā)達(dá)的孔隙結(jié)構(gòu)和巨大的比表面積，吸附能力強(qiáng)、化學(xué)穩(wěn)定性好、機(jī)械強(qiáng)度高、使用失效后易再生等特點(diǎn)。按原料來源分 ,可分為木質(zhì)活性炭(如椰殼活性炭、杏殼活性炭、木質(zhì)粉炭等)、 礦物質(zhì)原料活性炭(各種煤和石油及其加工產(chǎn)物為原料制成的活性炭)、其它原料制成的活性炭(如廢橡膠、廢塑料等制成的活性炭)。按制造方法分，可分為：化學(xué)法活性炭(化學(xué)炭) ：用化學(xué)法生產(chǎn)的活性炭又稱為化學(xué)法活性炭或化學(xué)炭。一般說來，化學(xué)炭的孔隙中次微孔、中孔較發(fā)達(dá)，主要用于液相吸附精制和溶劑回收的氣相吸附場合。 物理法活性炭 ：物理法制造的活性炭叫物理法活性炭，也稱作物理炭。 一般說來物理炭的微孔發(fā)達(dá)，主要用于氣相吸附場合或小分子液相吸附場合。按外觀形狀分 可分為：粉狀活性炭 ：一般將90%以上通過80目標(biāo)準(zhǔn)篩或粒度小于的活性炭通稱粉狀活性炭或粉狀炭。 顆粒活性炭 ：通常把粒度大于的活性炭稱作顆料活性炭。 顆料活性炭又分為下列幾種：a）不定型顆料活性炭 ：一般由顆料狀原料經(jīng)炭化、活化，然后破碎篩分至需要粒度制成，也可以用粉狀活性炭加入適當(dāng)?shù)恼辰Y(jié)劑經(jīng)適當(dāng)加工而成。b）圓柱形活性炭： 又稱柱狀炭，一般由粉狀原料和粘結(jié)劑經(jīng)混捏、擠壓成型再經(jīng)炭化、活化等工序制成。也可以用粉狀活性炭加粘結(jié)劑擠壓成型。柱狀炭又有實(shí)心和中空之分，中空柱狀炭是柱狀炭內(nèi)有人造的一個或若干個有規(guī)則的小孔。c） 球形活性炭 ：故名思義是園球形的活性炭，它的制取方法與柱狀炭類似，但有成球過程。也可以用液態(tài)含碳原料經(jīng)噴霧造粒、氧化、炭化、活化制成，還可以用粉狀活性炭加粘結(jié)劑成球加工而成。球形活性炭也有實(shí)心和空心球形活性炭之分。其它形狀的活性炭 ：除了粉狀活性炭和顆粒活性炭兩大類外，還有其他形狀的，如活性炭纖維、活性炭纖維毯、活性炭布、蜂窩狀活性炭、活性炭板等等。2. 活性炭的制備首先對原料進(jìn)行炭化, 即含碳有機(jī)物在熱的作用下發(fā)生分解, 非碳元素以揮發(fā)分的形式逸出, 生成富碳的固體熱解產(chǎn)物, 然后用水蒸氣、二氧化碳或空氣等氧化性氣體活化, 使熱解產(chǎn)物形成發(fā)達(dá)的微孔結(jié)構(gòu)。炭化溫度一般為60 , 活化溫度一般在 800 一900 之間。目前國內(nèi)多采用物理活化法制備煤基活性炭。其活化基理是：物理活化反應(yīng)的實(shí)質(zhì)是碳的氧化反應(yīng), 但碳的氧化反應(yīng)不是在碳的整個表面均勻地進(jìn)行, 而僅僅發(fā)生在“ 活性點(diǎn)” 上, 即與活化劑親和力較大的部位 才發(fā)生反應(yīng)?；罨磻?yīng)在活性炭細(xì)孔形成過程中有3 個作用：l) 開孔作用：炭化時形成的孔隙由于被焦油或其他分解生成的無定型炭所堵塞, 造成了閉孔, 使被吸附分子無法進(jìn)人孔隙, 所以無吸附能力?；罨瘯r, 由于這些焦油或無定型炭與氣體活化劑反應(yīng)而被除去, 使閉孔打開, 比表面積增大。2 ) 擴(kuò)孔作用：由于孔隙內(nèi)比表面積的一部分與活化劑反應(yīng)生成二氧化碳或一氧化碳?xì)怏w排出, 使原有的孔隙直徑增大。3 )某些結(jié)構(gòu)經(jīng)選擇性活化而生成新孔。先用氯化鋅、磷酸、硫酸等化學(xué)試劑浸漬含碳的原料, 然后在一定溫度, 惰性氣體保護(hù)下直接得到活性炭。這些活化劑多數(shù)具有脫水作用,從而有利于炭質(zhì)材料在活化過程中產(chǎn)生大量微孔。近年來, 人們又探索出用氫氧化鈉、氫氧化鉀、硫酸、硫化鉀、碳酸鉀等鉀的化合物作為浸漬劑, 收到較好的效果。其活化基理：至今, 化學(xué)法的基本原理還不十分清楚。一般認(rèn)為化學(xué)藥品可以抑制原料熱解時焦油的生成,從而防止由焦油堵塞其熱解生成的細(xì)孔?；瘜W(xué)藥品的存在,抑制了含碳揮發(fā)物的形成, 致使活性炭收率提高。氫氧化鉀、硫酸鉀等對碳有侵蝕作用, 從而形成碳的孔隙結(jié)構(gòu)。3. 活性炭的再生加熱再生法加熱再生法是發(fā)展歷史最長、應(yīng)用最多的一種再生方法。加熱再生過程是通過施加高溫后，分子的震動能增加，使吸附質(zhì)分子脫離活性炭表面進(jìn)入液體或氣體。同時在升溫過程中，由于氧化性氣體的存在而發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，使吸附質(zhì)分子降解除去。加熱再生法再生效率高、再生時間短、對吸附質(zhì)基本無選擇性。但加熱再生過程中炭損失較大，一般在 5%-10%，再生炭機(jī)械強(qiáng)度下降。另外，加熱再生所需設(shè)備較為復(fù)雜，成本較高，且存在需長途運(yùn)輸?shù)膯栴}，應(yīng)用受到限制。化學(xué)藥品再生法化學(xué)藥品再生法是根據(jù)活性炭吸附物質(zhì)的不同，利用反應(yīng)產(chǎn)物在一定條件下易脫附的特點(diǎn)，選擇不同的化學(xué)藥品和不同的工藝使吸附質(zhì)與之反應(yīng)，活性炭得以再生，其再生效率較低，只能達(dá)到60%-70%，但使用比較方便，應(yīng)用較多。這種再生法針對性強(qiáng)，但會帶來二次污染，應(yīng)用受到限制。生物再生法生物再生法是利用微生物將活性炭表面吸附的有機(jī)污染物降解?；钚蕴可镌偕脑O(shè)備和工藝均比較簡單、且方法本身對活性炭無危害作用。但是有機(jī)物氧化速度緩慢、再生時間長，吸附容量的恢復(fù)程度有限，更重要的是對吸附質(zhì)具有一定選 擇性，生物不能降解的吸附質(zhì)不能應(yīng)用此法。傳統(tǒng)的活性炭再生技術(shù)除了各自的弊端外，通常還有3 點(diǎn)共同缺陷： 再生過程中活性炭損失往往較大； 再生后活性炭吸附能力會有明顯下降； 再生時活性炭產(chǎn)生的尾氣會造成空氣的二次污染。因此，人們對傳統(tǒng)的再生技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)，探索全新的再生技術(shù)。電化學(xué)再生法電化學(xué)再生法是一種正在研究的新型活性炭再生技術(shù)。該方法將活性炭填充在兩個主電極之間，在電解液中加以直流電場，活性炭在電場作用下極化，一端成陽極，另一端呈陰極，形成微電解槽，在活性炭的陰極部位和陽極部位可分別發(fā)生還原反應(yīng)和氧化反應(yīng)，吸附在活性炭上的污染物大部分被分解，小部分因電泳力作用發(fā)生脫附而使活性炭再生。再生操作采用間歇攪拌槽電化學(xué)反應(yīng)器或固定床反應(yīng)器。該方法操作方便且效率高、能耗低、炭損失少，受處理對象局限小，可以避免二次污染。電化學(xué)再生法再生效率好壞，主要影響因素有活性炭所處的電極，所用輔助電解質(zhì)的種類，輔助電解質(zhì)的含量，電化學(xué)再生電流的大小和再生時間等?；钚蕴吭陉帢O上的再生效率明顯好于在陽極上的再生效率?；钚蕴康脑偕孰S著電解質(zhì)溶液含量的增加而增加。再生效率隨著再生電流的增加而提高，成正比。再生效率隨著再生時間的增加而提高，但到5h 以后，隨時間的變化很小或基本沒有變化。再生活性炭的吸附性能隨再生次數(shù)的增加而略有下降。超聲波再生法超聲波是指頻率在16kHz 以上的聲波，在溶液中以一種球面波的形式傳遞。用超聲波的脈動對活性炭進(jìn)行攪拌，加上“空化泡”爆裂的沖擊，促使吸附表面的物質(zhì)迅速解吸達(dá)到再生的效果。超聲波再生最大特點(diǎn)是，只在局部施加能量即可達(dá)到再生的目的。超聲波再生能耗小，工藝及設(shè)備簡單，炭損失小、自耗水量少，且可回收有用物質(zhì)。超聲波再生法的再生效率主要取決于超聲作用時間、炭粒粒徑、吸附類型等因素。延長作用時間再生率會相應(yīng)增加，但時間達(dá)到一定時，表層較易超聲“空化”的部位基本達(dá)到新平衡，解吸率增加也不明顯。超聲波很難通過H微波輻射再生法微波是指電磁波譜中位于遠(yuǎn)紅外和無線電波之間的電磁輻射，其波長在1mm-1m 范圍內(nèi)，頻率300MHz-300GHz。微波輻射再生活性炭法是用微波產(chǎn)生高溫使活性炭上的有機(jī)污染物炭化、活化，恢復(fù)其吸附能力。微波作用使有機(jī)污染物克服范德華力吸引開始脫附，隨著微波能量的聚集，在致熱和非致熱效應(yīng)共同作用下，有機(jī)污染物一部分燃燒分解放出二氧化碳，另一部分炭化。微波輻射再生活性炭的再生效率主要取決于微波功率、微波輻照時間、活性炭吸附量等因素。微波功率低，輻照時間短，活性炭活化不明顯；微波功率大，輻照時間長，活性炭燒損嚴(yán)重，所以應(yīng)選擇合適的微波功率和輻照時間。微波輻照過程使在活性炭孔隙中吸附的有機(jī)污染物急劇分解、揮發(fā)，產(chǎn)生較大的蒸汽壓，爆炸壓出，造成多孔結(jié)構(gòu)，使再生的活性炭具有極好的吸附能力。4 活性炭的改性活性炭氧化改性是指利用合適的氧化劑在適當(dāng)?shù)臏囟认聦钚蕴坎牧媳砻娴墓倌軋F(tuán)進(jìn)行氧化處理, 從而提高材料含氧官能團(tuán)的含量, 增強(qiáng)材料表面的親水性。表面極性較強(qiáng)的活性炭易吸附極性物質(zhì), 從而可以達(dá)到吸附回收或廢水治理的目的。常用的氧化劑主要有HNO3