活性炭手冊(cè)教材

1、活性炭手冊(cè)一、活性炭過(guò)濾原理 活性炭的吸附能力與水溫的高低、水質(zhì)的好壞等有一定關(guān)系。 水溫越高，活性炭的吸附能力就越強(qiáng)；若水溫高達(dá) 以上時(shí)，吸 附 能 力 達(dá) 到 極 限 ，并 有 逐 漸 降 低 的 可 能 。 當(dāng) 水 質(zhì) 呈 酸 性 時(shí) ， 活 性 炭 對(duì) 陰離子物質(zhì)的吸附能力便相對(duì)減弱；當(dāng) 水質(zhì)呈堿性時(shí)，活 性炭對(duì)陽(yáng)離 子物質(zhì)的吸附能力減弱。所以，水質(zhì)的不穩(wěn)定，也 會(huì)影響到活性 炭的吸附能力。活性炭的吸附原理是：在其顆粒表面形成一層平衡的表面濃度， 再把有機(jī)物質(zhì)雜質(zhì)吸附到活性炭顆粒內(nèi)，使用初期的吸附效果很高。 但 時(shí) 間 一 長(zhǎng) ，活 性 炭 的 吸 附 能 力 會(huì) 不 同 程 度 地

2、減 弱 ，吸 附 效 果 也 隨 之 下降。如果水族箱中水質(zhì)混濁，水中有機(jī)物含量高，活 性炭很快就會(huì) 喪失過(guò)濾功能。所以，活性炭應(yīng)定期清洗或更換?；钚蕴款w粒的大小對(duì)吸附能力也有影響。一般來(lái)說(shuō)，活性炭顆粒 越小，過(guò)濾面積就越大。所以，粉末狀的活性炭總面積最大，吸附效 果 最 佳 ，但 粉 末 狀 的 活 性 炭 很 容 易 隨 水 流 入 水 族 箱 中 ，難 以 控 制 ， 很 少 采 用 。顆 粒 狀 的 活 性 炭 因 顆 粒 成 形 不 易 流 動(dòng) ，水 中 有 機(jī) 物 等 雜 質(zhì) 在 活性炭過(guò)濾層中也不易阻塞，其吸附能力強(qiáng)，攜帶更換方便?；钚蕴康奈侥芰团c水接觸的時(shí)間成正比，接 觸時(shí)

3、間越長(zhǎng)，過(guò) 濾 后 的 水 質(zhì) 越 佳 。注 意 ： 過(guò) 濾 的 水 應(yīng) 緩 慢 地 流 出 過(guò) 濾 層 。新 的 活 性 炭 在 第一次使用前應(yīng)洗滌潔凈，否 則有墨黑色水流出?；?性炭在裝入過(guò)濾 器 前 ，應(yīng) 在 底 部 和 頂 部 加 鋪 厘 米 厚 的 海 綿 ，作 用 是 阻 止 藻 類 等 大 顆 粒 雜 質(zhì) 滲 透 進(jìn) 去 ，活 性 炭 使 用 個(gè) 月 后 ，如 果 過(guò) 濾 效 果 下 降 就應(yīng)調(diào)換新的活性炭，海綿層也要定期更換。二、影響粒狀活性炭應(yīng)用的主要性質(zhì)應(yīng)用粒狀活性炭，尤其大量應(yīng)用，最影響效果和成本的活性炭主要性質(zhì)是：pH值和可溶物。吸附量；壓降或床層膨脹；抗磨性；大小、水

4、分、灰分、應(yīng)用較為大量的粒狀活性炭都裝在柱型設(shè)備中，就要講究壓降（壓頭損失 ）或床層膨脹，是設(shè)計(jì)炭柱的必要因素。壓降由微粒大小和大小分布所決定。床層膨脹由微 粒大小、形狀和大小分布以及微粒密度所決定。大量使用粒狀活性炭時(shí)，常加水以泵輸送和以運(yùn)輸帶脫水，因此要重視活性炭的損失量，講求活性炭的抗磨性。三、評(píng)價(jià)活性炭的吸附能力吸附分液相吸附和氣相吸附兩類，液相吸附能力常以吸附等溫 線進(jìn)行評(píng)價(jià)，氣相吸附能力以溶劑蒸氣吸附量評(píng)價(jià)。吸附等溫線表示一定溫度下吸附系統(tǒng)中被吸附物質(zhì)的分壓或濃 度與吸附量之間的關(guān)系，即 當(dāng)保持溫度不變，可 測(cè)得平衡吸附量和分 壓或濃度間的變化關(guān)系。以 剩余濃度為橫軸，以 活性炭單

5、質(zhì)量的吸附 量為縱軸可繪出關(guān)系曲線。當(dāng)保持分壓或濃度不變，可測(cè)得平衡吸附量和溫度間的變化關(guān) 系，繪出關(guān)系曲線，即吸附等壓線。由 于在工業(yè)裝置中少量成分吸附 大致在等溫狀態(tài)下進(jìn)行，所以吸附等溫線最為重要和常用。溶劑蒸氣吸附量表 示氣相吸 附性能，可用顆 ?；钚蕴?的四氯化碳 吸 附 率 的 測(cè) 定 為 例 ， 在 規(guī) 定 的 試 驗(yàn) 條 件 下 ， 即 規(guī) 定 的 炭 層 高 度 、氣 流 比速、吸附溫度、測(cè)定管截面積、四氯化碳蒸氣濃度的條件下，持含 有一定四氯化碳蒸氣濃度的混合空氣流不斷地通過(guò)活性炭，當(dāng)達(dá) 到吸 附 飽 和 時(shí) ，活 性 炭 試 樣 所 吸 附 的 四 氯 化 碳 的 質(zhì) 量

6、與 試 樣 質(zhì) 量 之 百 分 比 作為四氯化碳的吸附率?；钚蕴繎?yīng)用中對(duì)于吸附能力，最 好用實(shí)際擬用的活性炭、操 作的 條件、具體的處理物進(jìn)行評(píng)價(jià)測(cè)試?；?性 炭 的 吸 附 量 ，即 單 位 活 性 炭 所 吸 附 的 吸 附 質(zhì) 的 量 ，工 業(yè) 上 也 有稱為活性炭的活性，活性有兩種表示方法：靜活性即通常所指的吸附劑達(dá)到平衡 的吸附量 。動(dòng)活性是指流體混合物通過(guò)活性 炭床層，其中吸附 質(zhì)被吸附 ，經(jīng) 一 些 時(shí) 間 的 運(yùn) 作 ，活 性 炭 床 層 流 出 的 流 體 中 開 始 出 現(xiàn) 含 有 一 定 的 吸 附 質(zhì) ，說(shuō) 明 活 性 炭 床 層 失 去 吸 附 能 力 ，此 時(shí) 活

7、性 炭 上 已 吸 附 的 吸 附 質(zhì) 的量，就稱為活性炭的活性。是設(shè)計(jì)大量的、經(jīng)常的、重要的吸附系 統(tǒng)所需的數(shù)據(jù)。用液相等溫線法測(cè) 定活性炭 吸附能力 的標(biāo)準(zhǔn)實(shí) 用方法，可用于測(cè) 定原始的和再活化的和粉狀活性炭的吸什能力。四、活性炭比表面積和吸附能力的關(guān)系 一般來(lái)說(shuō)活性炭的比表面積（ BET ）越大，吸附力也越大，但是有時(shí)候卻不一定。BET 是用氮?dú)饣蚨⊥榈奈椒椒y(cè)出活性炭總表面積的應(yīng)用參數(shù)。 按理 BET 越大，吸附力就越大?？墒窃趯?shí)際應(yīng)用中這概念有局限性，因?yàn)榛钚蕴康目子写罂?、中孔和?孔的區(qū)別，有時(shí)僅有部分的孔適合于某類大小吸附物的進(jìn)入炭對(duì)金屬絡(luò)合物的吸附，涉及化學(xué)鍵的形成，也不是

8、BET 越大越好液相擴(kuò)散速度比氣相小得多，為了在短時(shí)間內(nèi)獲得吸附效果，因此常常使用粒度很細(xì)小的粉末狀活性炭。但 是，在處理量很大的場(chǎng)合，顆粒狀活性的用例不斷 增加。因 為其操作 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種類采用方法操作方式間歇接觸法一段接觸式粉末狀活性炭成層過(guò)濾法多段分批添加式連續(xù)接觸法多段逆流接觸式固定層式顆粒狀活性炭滲濾法連續(xù)移動(dòng)式間歇移動(dòng)層式六、活性炭在精制氣體中的應(yīng)用精制 工業(yè) 用原 料氣 體或 工藝 氣體 活 性炭 用于 精制 多 種工 業(yè) 用 原 料 氣 體 或 工 藝 氣 體 ，以 除

9、 去 它 們 中 所 含 有 的 各 種 雜 質(zhì) ，提 高 純 度 和 使用價(jià)值。表 3-6-1 中列示了用活性炭精制的一些氣體名稱以 及要除 去的雜質(zhì)成分。表 3-6-1 活性炭對(duì)原料氣體及工藝氣體的精制氣體名稱要除去的成分氫氣Hg、CO2、CH4、H2S、N2、NH3氦氣H2、N2、Ar、Ne、O2、CO2氯氣烴類的氯化物氯化氫烴類的氯化物二氧化碳無(wú)機(jī)及有機(jī)硫化物、油、臭氣乙炔無(wú)機(jī)及有機(jī)硫化物、高級(jí)炔烴、二烯烴、磷化氫、丙酮、聚合性乙烯物質(zhì)水煤氣無(wú)機(jī)及有機(jī)硫化物、乙炔、二烯烴裂化氣無(wú)機(jī)及有機(jī)硫化物、聚合性物質(zhì)煙道氣無(wú)機(jī)及有機(jī)硫化物、聚合性物質(zhì)情性氣體無(wú)機(jī)及有機(jī)硫化物、油原料用空氣無(wú)機(jī)及有機(jī)

10、硫化物、油無(wú)機(jī)及有機(jī)硫化物、油、臭氣由表 3-6-1 可見(jiàn)， 用活性炭精制氣體是將小分子、低沸點(diǎn)氣體中的少量大分子、 高沸點(diǎn)的氣體除去。七、 活性炭在液相吸附中的應(yīng)用 -水處理水處理 水處理是活性炭應(yīng)用廣，潛力最大的部門。飲 用水 的質(zhì)量直接關(guān)系人體健 康；排 水及廢水 處理與否 對(duì)地球水 環(huán)境有重大 影響。發(fā)達(dá)國(guó)家活性 炭用量的 50%以上與水處理有關(guān)；我對(duì)水質(zhì)重視 程度也逐漸增加。（ 1 ）處 理 上 水（ 自 來(lái) 水 ）：上 水 用 活 性 炭 處 理 的 目 的 是 提 高 水 質(zhì) ， 除 去 臭 氣 、臭 味 、腐 殖 質(zhì) 、油 類 、農(nóng) 藥 、洗 滌 劑 等 對(duì) 人 體 有 害 的

11、 物 質(zhì) 。（ 2 ）處 理 生 產(chǎn) 用 水 ：活 性 炭 在 處 理 各 種 生 產(chǎn) 用 水 中 獲 得 廣 泛 應(yīng) 用 。 如 在 釀 造 業(yè) 、清 涼 飲 料 業(yè) 及 制 冰 業(yè) ，使 用 活 性 炭 除 去 地 下 水 中 的 顏 色 、 臭味、膠體物質(zhì)、洗滌劑、農(nóng)藥及其他有機(jī)物質(zhì)，或 者除去自 來(lái)水中 的游離氯氣、臭味等；電 力、化學(xué)等工 業(yè)部門用 活性炭處 理鍋爐用水 及 鍋 爐 回 流 水 的 脫 油 ；醫(yī) 藥 工 業(yè) 用 活 性 炭 除 去 水 中 的 致 熱 源 ；電 子 工 業(yè)使用活性炭制取超純水；海 運(yùn)業(yè)使用活性炭制造飲用水；水 族館中 用活性炭除去自來(lái)水中的氯氣等。此外

12、，活 性炭還用于保護(hù)離子交換樹脂，凈 化工廠的循環(huán)用水等。（ 3 ） 處 理 生 產(chǎn) 廢 水 ： 各 種 生 產(chǎn) 過(guò) 程 中 排 出 的 廢 水 ， 含 有 不 同 的 雜 質(zhì)，但比較單純，易于進(jìn)行處理。因此，應(yīng)該處理以后再排放或者循 環(huán)使用。（ 4 ） 處 理 下 水 （ 污 水 ） ： 下 水 是 各 種 廢 水 匯 集 成 的 污 水 ， 成 分 極 其 復(fù) 雜 。進(jìn) 行 處 理 時(shí) ，通 常 將 凝 聚 沉 淀 法（ 物 理 法 ）、活 性 炭 泥 法（ 生 物法）與活性炭吸附法配合使用，以提高處理效果，降低處理成本。活性炭處理通常和生物法配合使用，或 置于其后作為終級(jí)處理。經(jīng) 過(guò) 處

13、理，可以除去顏色 、農(nóng) 藥、洗滌劑、臭味，以及 BOD、COD、TOC等 雜質(zhì)，作為工農(nóng)業(yè)用水而再次利用或排放。八、 活性炭對(duì)各種蒸氣之吸附能力活性炭對(duì)各種蒸氣之吸附能力指 數(shù)品名指 數(shù)品名指 數(shù)品名指 數(shù)品名指數(shù)品名4硝基甲烷3硝酸2丙烷3乙醚4家具臭3甲醇4消毒劑4丙酸1乙烯4果實(shí)臭3甲醚4樟腦4丙醇3環(huán)氧乙烷4氣油4油加利油4食品芳香2丙烯4二氣乙醇3脢4肉臭1氫氣4塗料臭3氯化烷4辛酸4浴室臭4苯乙稀3己烷2鹽酸3花粉4醋酸丙酯3光氣4庚烷3氯化甲烷4癌腫臭3醋酸甲酯3麻醉劑4苯3氯化稀4罐頭工場(chǎng)3三氧化硫4酸酐3放射性物4丙基氯4蟻酸4四氯乙烯1沼氣4防臭劑3氯氣3甲酸乙酯4四氯化碳

14、4M.E.K4防腐劑4辛烷3甲酸甲酯4二乙胺3漂白液4防蟲劑3青酸4二甲苯4二氧雜環(huán)4比啶3碘化氫4精油4魚臭4環(huán)己烷4肥料臭4碘氣4酚4雜酚3二甲基苯3病毒4碘仿3煤煙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車排氣3丁二烯1硫化氫4接著劑4氯苯4樹脂臭2丁烷4硫酸4體臭4乳酸4臭化乙烷4丁醇1一氧化氮4香煙4尿酸4臭素4丁酮1壞疽臭4焦油4尿素2臭化氫2氟化氫1己烷1二氧化碳3二硫化碳3臭化甲烷4腐敗臭3己胺4臭氧氣3燃燒氣4潤(rùn)滑油4塑料臭4酒精4家畜臭4糊臭4病院臭4殘留酸4戊酸4棕櫚酸3對(duì)二氯笨九、 活性炭對(duì)各種有機(jī)物質(zhì)之吸附容量活性炭對(duì)各種有機(jī)物質(zhì)之吸附容量成分飽合吸附摘

15、要成分飽 合 吸 附摘要容量 （%）容 量 （%）（ 醇類 ）（ 芳香烴類 ）乙醇21苯23溶劑甲醇10木精硝基（代）笨20丁醇34溶劑甲苯25溶劑戊醇35雜醇油二甲苯26溶劑（ 有機(jī)酸 ）醋酸 （ 乙酸 ） 37藥品（ 脂肪類碳化氫 ）酪酸35體臭丙烷5燃料甲酸7藥品丙烯5煤氣棕櫚酸35棕櫚油癸烷35燈油成分丙酸30庚烷20汽油成分丙烯酸20己烯10汽油成分辛酸35動(dòng)物臭壬烷30燈油成分（ 無(wú)機(jī)氣體 ）（ 醚 ）8燃料胺一些刺激臭乙醚溴40二異丙醚15醫(yī)藥品二硫化碳15粘膠甲醚18溶劑四氯化碳45溶劑滅火用丁醚10氣15顏料制造（ 酯 ）20溶劑溴化氫12藥品醋酸戊酯氯化氣12燃燒氣體醋酸丁

16、酯41漆溶劑氟化氫10氟醋酸乙酯28漆溶劑碘化氣15醋酸丙酯19漆溶劑硫化氣3腐蛋臭醋酸甲酯23漆溶劑碘40（ 醛 ）16溶劑硝酸20藥品二氧化氨10燃燒氣體乙醛7藥品燃燒排氣臭氧分解氧放電管丙醛15二氧化硫10燃燒排氣丁醛20柴油廢氣三氧化硫15燃燒排氣合成用劑硫酸30藥品甲醛很 少燃燒排氣臭（ 鹵化烴類 ）（ 其他化合物 ）三氯乙烯13乾洗用石碳30苯酚燒脂三氯甲烷40麻醉藥甲酚30醫(yī)院消毒液臭三碘甲烷30防腐用皮啶25煙草臭異丙基氯20糞臭素25排泄物氯化甲烷5冷煤松節(jié)油32溶劑二氯甲烷25吉草酸35體臭、腳臭四氯代甲烷60（ 硫醇 ）蓋醇20煙鹼25煙草甲硫醇20黃蘿蔔鹼菜臭茨酮20乙

17、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溶劑料理臭大二乙基甲酮30溶劑食物臭大丁酮10溶劑包裝室臭大甲基丁基酮20溶劑體臭大十、不適合使用活性炭吸附處理的 VOCs反應(yīng)性化合物有機(jī)酸、醛類、某些酮類、某些聚合物單體二醇類、胺類高沸點(diǎn)物 可塑劑、樹脂 14 以上之長(zhǎng)鏈碳?xì)浠衔?十一、 活性炭在液相吸附中的應(yīng)用其他液相精制 除了水處理以外，活性炭還在制糖、食品、釀造 、 醫(yī) 藥 、化 工 等 許 多 部 門 的 液 相 精 制 中 具 有 廣 泛 的 用 途 。表 3- 6- 5 中 列 舉了一些覺(jué)見(jiàn)的用例。表 3-6-5 活性炭液相精制的用例工業(yè)種類工

18、業(yè)部門產(chǎn)品名稱活性炭精制效果食品工業(yè)精制糖甘蔗糖甜菜糖糖蜜A、 B、 C、 DA、B、CA、B、C、J、捕集甜菜堿及谷氨酸淀粉葡萄糖A、 B、 C、 D、 F水飴糖A、B、D、F乳制品乳糖A、B、D、F食品工業(yè)釀造清酒啤酒葡萄酒、果酒、醬油威士忌、朗姆、白蘭地、伏特加、食用醋A、E、D、防止火落菌 A、 E、D（防止冷霧） A、 E油脂食用油人造奶油、可可脂、豬油A、B、F、GA、F、G食品添加劑味精、核酸調(diào)味品、乳酸、 檸檬酸、酒石酸、 戊烯二酸、 抗壞血酸調(diào)味液瓊脂、果膠、明膠A、B、D、FA、E、FA、F其他糖漿、果汁糖果屑A、 FA、F、J醫(yī)藥工業(yè)醫(yī)藥品注射劑抗菌性物質(zhì)、磺胺制劑、生物

19、堿、縱他命、荷爾蒙針劑、注射用水A、B、D、F、H除去致熱源化學(xué)工業(yè)橡膠再生橡膠防止藥劑滲透石油液體石油餾份酸類、鹽類、胺類吸收液、廢油A、F、脫硫A、B、I、J高分子合成樹脂、合成纖維原料及間體紡線浴、溶劑及溶液A、F、防止副反應(yīng)A、B、F、J染料染色染料中間體洗滌液等H、防止副反應(yīng)A、防止?jié)B透無(wú)機(jī)磷酸、硼酸、鹽酸、明礬、堿、碳酸鹽雙氧水A、 B除去有機(jī)雜質(zhì)其他工業(yè)金屬加工礦物油、油劑蠟界面活性劑可塑劑、羊毛脂、硬化油、蓖麻油、甘油A、B、F、JA、B、FA、 F A、B、F、I干洗干洗液除去油脂及分解產(chǎn)物、 JB、除去油脂、 J采礦浮選選礦液除去浮選選礦液、調(diào)整分析色譜分析分析試樣除去生物

20、化學(xué)試樣中妨礙分析的成分注： A：脫色； B：除去膠體物質(zhì)； C：提高結(jié)晶性； D：提高產(chǎn)品穩(wěn)定性； E：調(diào)整香料； F：脫臭； G：去除白土臭； H：提高純度和得率； I ：除去起泡性物質(zhì)； J：再利 用。十二、 氣相回收及捕集其他氣相成 分的捕集或回收 活性炭除用于從空氣中回收有機(jī)溶劑以外， 還廣泛地用于從其他氣相成分中捕集和回收各種有關(guān)物質(zhì)。 表 3-6-3 中列舉了這方面的 一些用例。表 3-6-3 活性炭在其他氣相捕集或回收中的應(yīng)用氣體名稱捕集回收的組分煤的干餾氣體苯、汽油等 C5 以上的烴類天然氣液化石油氣等裂化氣體之類CH4、C2H6、C3H8、C4H10、C5H12等發(fā)酵氣體酒

21、精、丙酮等煙道氣二氧化硫汽車揮發(fā)的氣體汽油原子反應(yīng)堆排氣放射性碘、氪、氙各種工業(yè)性排氣苯、甲苯、二甲苯、戊烷、己烷、二硫化碳、氯乙烯、環(huán)己烷、甲醇、乙醇、丁醇、丙酮、丁酮、醋酸酯、環(huán)氧乙烷、氧化丙烯、香料成分、四氯化鈦、二氯化鈦、氧化氮等下面以防止汽車中汽油揮發(fā)裝置為例，說(shuō)明活性炭在捕集回收方面的具體應(yīng)用。該 裝置的工作原理。汽車停止時(shí)，由于氣溫升高、太陽(yáng)照射等原因，使油箱、化油器、氣 缸等處汽油揮發(fā)。揮發(fā)出去的氣體通過(guò)裝置中的活性炭層（過(guò)濾器）吸附，防止擴(kuò)散到 外界。當(dāng)汽車開支行駛時(shí)，通過(guò)吸氣管的負(fù)壓和排氣管的壓力，使壓力動(dòng)作閥動(dòng)作，讓 濾氣器中一部分空氣經(jīng)過(guò)活性炭層以后再進(jìn)入吸氣管中。 此

22、時(shí)， 活性炭層所吸附的汽油 脫附，隨空氣進(jìn)入氣缸中燃燒；同時(shí)，活性炭獲得再生。這種裝置中只充填了幾百克顆 粒狀活性炭，就不僅能防止汽油揮發(fā)到外界污染空氣，還能夠節(jié)約汽油，而且使用十分 方便。十三、 分離氣體利用活性炭對(duì)不同種類的氣體具有不一樣的吸附能力這一 性質(zhì)，活性炭吸附法常用于分離氣體。用活性炭從天然氣中分離汽油組分時(shí)，初期，活性炭逐漸被包括 甲烷等分子量小的烴類 物質(zhì)在內(nèi) 的組分所 飽和，但是隨著 吸附時(shí)間的 延長(zhǎng)，由于活性炭具有對(duì)分子量大的同族化合物吸附能力大的特性， 所吸附的甲烷等低級(jí)烴類逐漸被分子量大的己烷、戊烷等置換出來(lái)。 結(jié)果，活性炭中吸附保 留的主要 是汽油組 分，而甲 烷、乙 烷、丙烷 之類分子量小的組分則穿過(guò)活性炭層，保 存在氣相中，從 而達(dá)到分離 的目的。又如，利用壓力循環(huán)吸附法，可以使用活性炭將空氣中的氧氣和 氮?dú)夥珠_