活性炭的結(jié)構(gòu)課件

上一堂課的主要內(nèi)容生物質(zhì)、生物質(zhì)能、生物質(zhì)資源、生物質(zhì)能的特點、生物質(zhì)能轉(zhuǎn)化的技術(shù)路線生物質(zhì)氣化、生物質(zhì)氣化基本原理與過程、生物質(zhì)氣化工藝流程植物資源液化1PPT課件上一堂課的主要內(nèi)容生物質(zhì)、生物質(zhì)能、生物質(zhì)資源、生物質(zhì)能的特第一節(jié)、活性炭的基本概念第二節(jié)、活性炭的微結(jié)構(gòu)第三節(jié)、活性炭的孔隙結(jié)構(gòu)第四節(jié)、活性炭的化學(xué)結(jié)構(gòu)第五節(jié)、活性炭的吸附性能第六節(jié)、活性炭的質(zhì)量指標

第四章活性炭的結(jié)構(gòu)和性能2PPT課件第一節(jié)、活性炭的基本概念第四章活性炭的結(jié)構(gòu)和性能2PPT第一節(jié)、活性炭的基本概念一、活性炭是什么?(定義)活性炭（AC:activatedcarbon）是由含碳材料制成的外觀呈黑色，內(nèi)部孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)達、表面積大，吸附能力強的一類微晶質(zhì)碳素材料。分子式：C；分子量：12.011；熔點：3652℃；沸點：4827℃，3652℃升華。有多孔結(jié)構(gòu)和對氣體、蒸氣或膠態(tài)固體有強大吸附本領(lǐng)的炭。每克的總表面面積可達500～1000平方米；密度為1.9～2.1；表觀密度約0.08～0.45。含碳量10%～98%。3PPT課件第一節(jié)、活性炭的基本概念一、活性炭是什么?(定義)3PPT二、活性炭工業(yè)歷史與現(xiàn)狀活性炭工業(yè)歷史：在公元前1550年埃及就用于醫(yī)藥，公元前2世紀印度用于濾水，長沙馬王堆出土的漢墓木槨用木炭來吸潮、防腐，明朝李時珍在《木草綱目》中記述果核燒炭可治療腹瀉和腸胃病。到中世紀，木炭用于糖液脫色精制．以后發(fā)現(xiàn)骨炭有更大的脫色力，從19世紀中叫開始研究“用量少、效果好”的脫色吸附劑，活化炭的研究走上了軌道，二十世紀初歐洲誕生了活性炭工業(yè)。4PPT課件二、活性炭工業(yè)歷史與現(xiàn)狀活性炭工業(yè)歷史：4PPT課件日本學(xué)者柳井弘提出，把活性炭工業(yè)的建立和發(fā)展分為四個時期：(1)、工業(yè)化前(1900年以前)1856年已有用麥粉、焦油和MgCO3混合加熱制脫色炭的，1868年開始用紙廠廢物拌和磷酸燒制脫色炭。但這些都是在實驗里完成的，工業(yè)化設(shè)備、材料、工程理論問題沒能得到解決。5PPT課件日本學(xué)者柳井弘提出，把活性炭工業(yè)的建立和發(fā)展分為四個時期：(謝勒(Sheele)在1773年、方塔納(Fontana)在1777年分別發(fā)現(xiàn)木炭能吸附大量的氣體及空氣。1785年，洛維茨證實木炭能使某些液體脫色。這一發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致木炭于1794年在英國精制糖廠中首次獲得工業(yè)應(yīng)用。18世紀末，人們首次發(fā)現(xiàn)木炭的吸附能力6PPT課件謝勒(Sheele)在1773年、方塔納(Fontana)在(2)、工業(yè)生產(chǎn)出現(xiàn)(1900-1925年)：1900-1901年，奧斯特雷杰科(Ostrejko)發(fā)發(fā)明了金屬氯化物和植物原料混合來制造活性炭的兩項專利。1909年以木炭為原料用氣體法在歐洲開始生產(chǎn)粉狀活性炭，1911年荷蘭NORTE炭出售(后成為命名的糖用碳)，1911年在維也納附近的Fanto工廠首次用水蒸氣活化法生產(chǎn)出Eponit粉狀炭，1913年又用氯化鋅活化法生產(chǎn)出防毒面具用的粒狀活性炭。7PPT課件(2)、工業(yè)生產(chǎn)出現(xiàn)(1900-1925年)：1900-1從20世紀初至20世紀中期，由于戰(zhàn)爭的原因，防毒面具用活性炭和糖廠用的脫色炭有很大發(fā)展。第二次世界大戰(zhàn)開始后，要求可靠性更高的防毒面具，煤開始作為生產(chǎn)活性炭的原料，出現(xiàn)了壓塊、壓伸工藝制造技術(shù)。8PPT課件從20世紀初至20世紀中期，由于戰(zhàn)爭的原因，防毒面具用活性炭(3)、成長期(1925-1950)，20年代初期在歐洲，活性炭的用途已擴大到礦物油、植物油和化學(xué)藥品的精制。1926年以后，活性炭制法研究集中在荷蘭，而理論方面研究集中在德國。1929年以后，在美國開始把粉狀活性炭用于水處理(每年2000-3000t)。這時原料使用相當廣泛，擴展到用果殼、核、泥煤等。活化方法也多種多樣，理論研究進一步深化。9PPT課件(3)、成長期(1925-1950)，20年代初期在歐洲，1938年布朗諾爾、埃米特、泰勒(Brunauer,Emmett,Teuer)3人在朗格謬爾(Langmuir)動力學(xué)吸附理論的基礎(chǔ)上，提出了多分子層吸附理論(簡稱BET理論)和著名的BET方程。1943年美國匹斯堡活性炭公司(現(xiàn)在的Calgoh公司)首次采用煙煤壓塊、水蒸氣活化工藝制造軍用活性炭。德國和日本采用擠壓成型制造柱狀活性炭。在此期間，基礎(chǔ)性研究也有了一些進展。10PPT課件1938年布朗諾爾、埃米特、泰勒(Brunauer,Emm(4)、新發(fā)展期(1950—1975年)。第二次世界大戰(zhàn)后．活性炭工業(yè)的主導(dǎo)權(quán)己從歐洲轉(zhuǎn)到美國，為保護環(huán)境和節(jié)省能源，活性炭用途已擴大到空氣凈化、廢水處理、香煙濾嘴等方面、原料來源轉(zhuǎn)向煤、石油。多層耙式爐、流動床爐等氣體活化法逐步擴大，藥品(氯化鋅)活化法逐漸減少、再生技術(shù)提上日程，進入現(xiàn)代化工業(yè)水平。這時在美國活性炭的應(yīng)用巳遍及17個行業(yè)，如自來水、工業(yè)用水凈化，氣體凈化、分離，溶劑回收，制糖等。工業(yè)應(yīng)用促使活性炭吸附理論和空隙結(jié)構(gòu)研究有很大進展。11PPT課件(4)、新發(fā)展期(1950—1975年)。第二次世界大戰(zhàn)后．蘇聯(lián)學(xué)者杜賓寧(Dubinin)等人發(fā)展了Polanyi的吸附勢理論，提出了體積填充理論和計算活性炭孔分布的D-R(Dubinin-Radushkevioh)和D-A(Dubinin-Astakhor)方程，成為當今人們研究活性炭孔結(jié)構(gòu)的重要理論和方法。12PPT課件蘇聯(lián)學(xué)者杜賓寧(Dubinin)等人發(fā)展了Polanyi的吸從20世紀70年代初開始，隨著現(xiàn)代工業(yè)和環(huán)境科學(xué)的發(fā)展，出現(xiàn)了許多活性炭新品種和新應(yīng)用，如球形炭、浸漬炭、纖維活性碳等?；钚蕴康漠a(chǎn)量和質(zhì)量也在不斷提高，至80年代末全世界活性炭年銷售量約60萬噸，其中以煤為原料加工制成的活性炭占60%以上。13PPT課件從20世紀70年代初開始，隨著現(xiàn)代工業(yè)和環(huán)境科學(xué)的發(fā)展，出現(xiàn)三、我國活性炭工業(yè)的創(chuàng)立與發(fā)展1、企業(yè)發(fā)展我國的活性炭工業(yè)初創(chuàng)于50年代，60-70年打基礎(chǔ)，前30年經(jīng)過馬鞍形、螺旋式曲折發(fā)展歷程、基本上建成了獨立、完整、初具規(guī)模的工業(yè)體系。目前．年產(chǎn)量達10余萬t，僅次于美國、俄羅斯、日本居世界第4位，比初期增長3000余倍，翻了30多番；活性炭工業(yè)產(chǎn)值在整個林化產(chǎn)品個僅次于紙和松香居第3位。14PPT課件三、我國活性炭工業(yè)的創(chuàng)立與發(fā)展1、企業(yè)發(fā)展14PPT課件

在活性炭工業(yè)的發(fā)展史上，

有代表性的事件記錄如下：

1949年，沈陽東北制藥總廠多管爐投產(chǎn)：(木炭原料，粉狀藥用碳)、1951年，青島東風化工廠燜燒爐投產(chǎn)(木屑原料，粉狀藥用炭等)。1957年，上海新中國化工廠建成氯化鋅法土法生產(chǎn)車間(木屑原料，糖用粉狀炭)；接著在杭州木材廠建成了同樣的車間。1960年，在太原908廠建成斯列普爐，國家重點項日活性炭最大專業(yè)廠投產(chǎn)(煤、果殼原料，生產(chǎn)顆粒炭)，

1965年．青島東風化工廠建成間歇式沸騰爐生產(chǎn)車間。

1966年，黑龍江鐵力干餾場建成回轉(zhuǎn)爐法活性碳車間(木炭原料．水蒸汽法粉炭)。

1970年，北京光華木材廠建成廠鞍式爐法活性炭車間。用椰殼、杏核等果殼(核)作原料生產(chǎn)維尼綸載體活性炭。15PPT課件在活性炭工業(yè)的發(fā)展史上，

有代表性的事件記錄如下：1941975年以前．我國活性炭工業(yè)還沒有負責協(xié)調(diào)發(fā)展的主管單位，產(chǎn)量一直在1萬t以下波浪起伏。

1976年，農(nóng)林部、對外貿(mào)易部共同在江西懷玉山召開了全國第一次活性炭座談會，開始有意主管活性炭生產(chǎn)，對活性炭生產(chǎn)的發(fā)展起到了很大的推動作用。1981年，在重慶召開第一次全國活性炭學(xué)術(shù)討論會時，活性炭產(chǎn)量首次過1萬t，達到1．2萬t。16PPT課件1975年以前．我國活性炭工業(yè)還沒有負責協(xié)調(diào)發(fā)展的主管單位1983年，在太原召開第二次全國活性炭學(xué)術(shù)討論會時產(chǎn)量翻番達3．5萬t。

1987年，在北京召開第三次全國活性炭學(xué)術(shù)討論會時統(tǒng)計產(chǎn)量達4．5萬t。

l991年，在上海召開第四次全國活性炭學(xué)術(shù)討論會時統(tǒng)汁產(chǎn)量達5．5萬t。1992-1993年分別召開全國活性炭行業(yè)協(xié)會和全國活性炭學(xué)術(shù)討論會時統(tǒng)計產(chǎn)量達6萬t，生產(chǎn)能力有l(wèi)0萬t。17PPT課件1983年，在太原召開第二次全國活性炭學(xué)術(shù)討論會時產(chǎn)量翻番達2、活性炭的產(chǎn)量2007年活性炭產(chǎn)量150，000噸顆?；钚蕴靠偖a(chǎn)量85，000噸粉狀活性炭總產(chǎn)量65，000噸18PPT課件2、活性炭的產(chǎn)量18PPT課件1990年1995年2000年2005年2010年活性炭總產(chǎn)量43.067.0100.9149.6216.1活性炭進口量0.91.42.13.14.5活性炭出口量25.640.160.091.1135.7活性炭凈出口量24.738.757.988.0131.2市場總消費量18.328.343.061.684.9水處理

3.14.87.611.315.6食品5.38.513.218.525.7汽車4.16.39.714.419.8溶劑與廢氣回收2.33.55.57.810.8空氣凈化3.55.27.09.713.019PPT課件1990年1995

顆?；钚蕴靠偖a(chǎn)量85，300

銀川活性炭廠8，300

北大旺莊活性炭廠（音譯）6，700

寧夏華輝活性炭有限公司5，000

大同光華活性炭廠4，200

江西懷玉山活性炭（集團）有限公司4，000

福建南平元力活性炭廠3，400

大同活性炭廠3，200

寧夏廣廈萬德活性炭股份有限公司2，500

江蘇溧陽南方活性炭廠2，500

赤峰有機化工廠2，300

其他33，20020PPT課件顆粒活性炭總產(chǎn)量

粉狀活性炭總產(chǎn)量65，600

竹溪活性炭有限公司8，500

福建南平元力活性炭有限公司4，300

江西懷玉山活性炭(集團)有限公司4，200

寧夏華輝活性炭有限公司3，400

北大旺莊活性炭廠（音譯）3，360

寧夏廣廈萬德活性炭股份公司3，300

山西新華化工廠2，900

重慶酒用活性炭廠2，500

上海億鑫活性炭有限公司1，700

江蘇溧陽南方活性炭廠1，700

其他11，74021PPT課件粉狀活性炭總產(chǎn)量在中國，竹溪活性炭有限公司是最大的生產(chǎn)粉狀活性炭的公司。這家公司的市場份額是18.6%(粉狀活性炭的總產(chǎn)量是45，600噸)，同年產(chǎn)量也達8，500噸。福建南平元力活性炭有限公司有大約4，300噸的產(chǎn)量，2000年，他擁有約9.4%的市場份額。其他生產(chǎn)商例如寧夏華輝活性炭有限公司（7.5%），北大旺莊活性炭廠（音譯）(7.3%)，寧夏廣廈萬德活性炭股份公司(7.2%)和山西新華化工廠(6.4%)是中國生產(chǎn)粉狀活性炭的主要生產(chǎn)商。22PPT課件在中國，竹溪活性炭有限公司是最大的生產(chǎn)粉狀活性炭的公司。這家3、主要外國投資竹溪活性炭有限公司

10，000噸竹溪唐山建新活性炭廠

5，000噸唐山23PPT課件3、主要外國投資23PPT課件

1999年世界主要活性炭生產(chǎn)國和地區(qū)活性炭生產(chǎn)24PPT課件1999年世界主要活性炭生產(chǎn)國和地區(qū)活性炭生產(chǎn)24PPT課4、我國出口地格局：

2002年前10位出口省、市依次是山西、北京、寧夏、天津、福建、江西、上海、河北、江蘇、吉林；這基本和我國活性炭的生產(chǎn)布局差不多；2001年的順序是山西、北京、寧夏、福建、天津、江西、江蘇、河北、上海、吉林。25PPT課件4、我國出口地格局：25PPT課件5、國外出口市場格局：多年來，我國的活性炭主要出口到日、美、韓、歐洲和其他一些發(fā)達國家。從上世紀80年代起，由于發(fā)達國家考慮到自然資源保護和高勞動力成本問題，這些國家的公司多已從單一生產(chǎn)商轉(zhuǎn)變成為結(jié)合研究、生產(chǎn)和管理的新型公司，他們使用高新技術(shù)來開發(fā)新產(chǎn)品和擴大市場需求。這些公司從我國或其他東南亞的國家買來大量的初級產(chǎn)品和半成品，然后精煉這些產(chǎn)品或改變包裝，再進行轉(zhuǎn)口貿(mào)易，而不是由他們自己生產(chǎn)產(chǎn)品，而轉(zhuǎn)向通過運用他們在技術(shù)、設(shè)備、資本、銷售網(wǎng)絡(luò)和商標上的優(yōu)勢，來賺到超額利潤，這些利潤往往是貨物自身價值的幾倍。有關(guān)的資料顯示，從我國出口的活性炭產(chǎn)品，其CIF價格甚至比某些目的地國家在其國內(nèi)市場買來的原料還要便宜。26PPT課件5、國外出口市場格局：26PPT課件2000-2007年8月我國活性炭出口單價走勢圖

單位：美元/噸27PPT課件2000-2007年8月我國活性炭出口單價走勢圖

單位：美從近10多年的情況看，

我國活性炭工業(yè)的發(fā)展趨勢為：(1)活性炭廠從城市向鄉(xiāng)村和原料產(chǎn)區(qū)轉(zhuǎn)移，以解決污染和原料問題。(2)鄉(xiāng)鎮(zhèn)、個體辦的活性炭小廠如雨后春筍，在很多山區(qū)成了致富門路之一。

(3)對外技術(shù)合作和貿(mào)易有突破性發(fā)展。

(4)科技教育蓬勃發(fā)展，多行業(yè)、多部門都涉足活性炭領(lǐng)域。

28PPT課件從近10多年的情況看，

我國活性炭工業(yè)的發(fā)展趨勢為：(1)

目前，我國有30多個大學(xué)、科研所和設(shè)計院進行有關(guān)活性炭的科研和技術(shù)開發(fā)工作。對活性炭工業(yè)的發(fā)展起到了推動作用。我國的活性炭工業(yè)同美、日等國比仍有較大的差距，如小廠多，分散，生產(chǎn)工藝、設(shè)備比較落后等。今后隨著工業(yè)的發(fā)展，人民生活水平的提高，活性炭的生產(chǎn)必將飛躍到一個新的水平。29PPT課件目前，我國有30多個大學(xué)、科研所和設(shè)計院進行有關(guān)清華大學(xué)新型炭材料研究室隸屬于清華大學(xué)材料科學(xué)與工程院（系）教育部先進材料實驗室。研究室主要從事天然石墨（鱗片石墨，微晶石墨）的深加工技術(shù)，多孔炭材料的制備和表征，及其在儲能、節(jié)能、環(huán)保、綠色制造等方面的應(yīng)用研究。主要有以下幾個研究方向：（1）石墨工藝與天然石墨深加工技術(shù)；（2）環(huán)保材料與吸附過濾；（活性炭）（3）儲能材料與高性能電池；（活性炭）（4）節(jié)能材料與綠色制造。（碳納米管）30PPT課件清華大學(xué)新型炭材料研究室隸屬于清華大學(xué)材料科學(xué)與工程院（系）低硫膨脹石墨/柔性石墨的制備多孔石墨對粘稠類有機液體的超吸附行為和再生技術(shù)研究膨脹石墨基隱身功能與機理研究石墨基燃料電池雙極板制備與研究天然微晶石墨用作鋰離子二次電池陽極材料的開發(fā)

多孔炭材料的制備以及其對揮發(fā)性有機物和腐蝕性氣體的吸附規(guī)律研究天然多孔礦物與碳反應(yīng)過程的基本物理化學(xué)問題

室內(nèi)空氣質(zhì)量的評估與控制技術(shù)超臨界環(huán)境下炭材料納米孔空間形成過程的研究31PPT課件低硫膨脹石墨/柔性石墨的制備31PPT課件四、活性炭分類

由于原料來源、制造方法、外觀形狀和應(yīng)用場合不同，活性炭品種不下千種。32PPT課件四、活性炭分類由于原料來源、制造方法、外觀形狀和應(yīng)1、按原料來源分?(1)、木質(zhì)活性炭：以木屑、木炭等制成的活性炭。果殼（果核）活性炭：以椰子殼、橄欖殼、核桃殼、杏核等制成的活性炭。

?(2)、動物質(zhì)原料活性炭：獸骨、血炭?(3)、礦物質(zhì)原料活性炭

煤質(zhì)活性炭：以褐煤、泥煤、煙煤、無煙煤等制成的活性炭。

石油類活性炭：以瀝青等為原料制成瀝青基球狀的活性炭。?(4)、其它原料的活性炭含碳的有機廢料和農(nóng)業(yè)副產(chǎn)品，例如稻殼、稻草、棉子殼、咖啡豆梗、油棕殼、糠醛渣、甘蔗渣、紙漿廢液、合成樹脂等等都可化無用為有用制成活性炭。

?(5)、再生活性炭：（ReactivatedCarbon）,與原活性炭(VirginActiveCarbon)相區(qū)分。33PPT課件1、按原料來源分?(1)、木質(zhì)活性炭：以木屑、木炭等制成的34PPT課件34PPT課件

2、按制造方法分(1)、物理法活性炭

以炭為原料用水蒸汽、二氧化碳、空氣（主要是氧）或它們的混合物（煙道氣）為活化介質(zhì)，在高溫下（600～1000℃）進行活化制取活性炭的方法叫物理法。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（孔直徑或孔寬小于1.5納米的孔隙）發(fā)達，主要用于氣相吸附場合或小分子液相吸附場合。35PPT課件

2、按制造方法分(1)、物理法活性炭35PPT課件(2)、化學(xué)法活性炭(化學(xué)炭)

將含碳原料與某些化學(xué)藥品混合后進行熱處理，制取活性炭的方法叫化學(xué)法。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?；瘜W(xué)品法活化的活性炭：例如以氯化鋅作活化劑，原料和氯化鋅溶液混合后，在隔絕空氣下加熱到約700℃，生成活性炭。

36PPT課件(2)、化學(xué)法活性炭(化學(xué)炭)

將含碳原料與

一般說來，化學(xué)炭的孔隙中次微孔、中孔（即孔直徑或孔寬大于1.5納米的孔隙）較發(fā)達，主要用于液相吸附精制和溶劑回收的氣相（蒸汽）吸附場合。

化學(xué)法制造活性炭由于加入了化學(xué)藥品在制造過程中應(yīng)當極其重視環(huán)境保護以及產(chǎn)品中可能存在微量非原料帶入的元素的影響問題。37PPT課件一般說來，化學(xué)炭的孔隙中次微孔、中孔（即孔直徑或孔（3）、化學(xué)--物理法或物理--化學(xué)法活性炭

在了解化學(xué)炭和物理炭的同時，還應(yīng)當提及化學(xué)--物理法或物理--化學(xué)法活性炭。選用不同的原料和采用不同的化學(xué)法與物理法的組合可以對活性炭的孔隙結(jié)構(gòu)進行調(diào)控，從而制取許多性能不同的活性炭。這種化學(xué)--物理法或物理--化學(xué)法是許多年來及今后相當長時期內(nèi)世界各國活性炭工作者非常關(guān)注的活性炭制取方法。

38PPT課件（3）、化學(xué)--物理法或物理--化學(xué)法活性炭

在了3

、按外觀形狀分（1）、粉狀活性炭

一般將90%以上通過80目標準篩或粒度小于0.175mm的活性炭通稱粉狀活性炭或粉狀炭。粉狀活性炭是非常微細的粉末，絕大部分可通過200

目篩網(wǎng)(74μm)，大部分可通過325目篩網(wǎng)(43μm)，粉的尺寸在1～150μm之間(平均約40μm)。39PPT課件3

、按外觀形狀分（1）、粉狀活性炭

一般將

通常，炭粉越細，表面積大，吸附能力大，它對雜質(zhì)的吸附速度越大。故常將活性炭產(chǎn)品進行高度的破碎和篩選，得到微細的粉末。吸附特定大分子有機物，對于木質(zhì)碳而言，250目的吸附效果比200目提高10.01％，325目的比200目提高25.3％；對于煤質(zhì)而言，250目的吸附效果比200目提高66.2％，325目的比200目提高101.5％。對于木質(zhì)和煤質(zhì)活性炭吸附特定大分子有機物效果比較，木質(zhì)遠遠優(yōu)于煤質(zhì)。40PPT課件通常，炭粉越細，表面積大，吸附能力大，它對雜質(zhì)粉狀炭的不足

粉狀炭在使用時有吸附速度較快，吸附能力使用充分等優(yōu)點，但需專有的分離方法。隨著分離技術(shù)的進步和某些應(yīng)用要求的出現(xiàn)，粉狀炭的粒度有越來越細化的傾向，有的場合已達到微米甚至納米級。粉狀炭的缺點是再生比較困難，通常不再生使用粉狀炭需要相當大的混合池和沉淀池以及混合、沉淀、過濾、分離等多道工序，操作困難，失效的活性炭不能再生使用，故消耗量較大(近年也有研究將它再生)。41PPT課件粉狀炭的不足粉狀炭在使用時有吸附速度較快，吸附（2）

顆?；钚蕴?/p>

通常把粒度大于0.175mm的活性炭稱作顆料活性炭。42PPT課件（2）

顆?；钚蕴客ǔ０蚜６却笥?.175mm的

較早階段粉狀炭的產(chǎn)量與用量均超過粒狀炭。糖和藥品的脫色精制以及早期的水處理都以粉狀炭為主。后來隨著應(yīng)用范圍的擴大、使用工藝的改進，特別是再生方法與再生設(shè)備的解決，使粒狀炭的用量不斷上升。加上各種煤制粒狀炭的開發(fā)，使成本降低，汽量增加，因此粒狀活性炭的產(chǎn)量與用量逐漸超過了粉狀活性炭。43PPT課件較早階段粉狀炭的產(chǎn)量與用量均超過粒狀炭。糖和藥品的44PPT課件44PPT課件

六十年代以后，隨著環(huán)境保護事業(yè)的發(fā)展，各國開始采用和建立大型的粒狀活性炭凈化自來水的裝置和工業(yè)廢水的凈化處理裝置。將粒狀活性炭裝在吸附塔或吸附池內(nèi)，水以一定的流速通過活性炭裝填層，以達到凈化的目的?？梢蚤g隙或連續(xù)操作，失效的粒狀炭經(jīng)再生多次使用，明顯降低了炭的用量。使用中沒有二次淤渣和粉塵，也改善了操作條件。45PPT課件六十年代以后，隨著環(huán)境保護事業(yè)的發(fā)展，各國開

在氣相應(yīng)用方面，幾乎從一開始就主要采用粒狀炭，因為粉狀炭是難以使氣流順利通過的。美國六十年代初粒狀炭僅占活性炭年總產(chǎn)量的五分之一。而八十年代初，粒狀炭與粉狀炭己經(jīng)平分秋色，以后仍成逐步增長的趨勢。我國到七十年代末，粒狀炭產(chǎn)量大約僅占年總產(chǎn)量的四分之一，目前已經(jīng)超過一半。近幾年國內(nèi)再次掀起的“活性炭”熱新上馬的廠家大都以粒狀炭為主，而且更多的是以各種煤為基質(zhì)原料。46PPT課件在氣相應(yīng)用方面，幾乎從一開始就主要采用粒狀炭，①、

不定型顆料活性炭

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?shù)恼辰Y(jié)劑經(jīng)適當加工而成。不定型顆?；钚蕴恳陨舷孪蕹叽绫硎玖６确秶贸松?00的數(shù)字標出，例如上限×下限，35×59，表示粒度的范圍為0.35~0.59mm。47PPT課件①、

不定型顆料活性炭不定型顆料活性炭一般由②、園柱形活性炭

園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。圓柱形活性炭：以圓柱形的顆粒的橫截面的直徑表示，用乘上10的數(shù)字標出。例如圓柱體直徑30，表示圓柱體橫截面的直徑為3mm。柱狀活性炭、破碎活性炭和粉狀活性炭，主要規(guī)格有Ф3.0、Ф4.5、Ф5.5、Ф7.0,4x8目、8x30目、12x40目、200目、325目等，48PPT課件②、園柱形活性炭園柱形活性炭又稱柱狀炭，一49PPT課件49PPT課件③、

球形活性炭

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。球形活性炭也有實心和空心球形活性炭之分。球形活性炭：以球形顆粒的直徑表示，用乘上10的數(shù)字標出。例如球形直徑為20，表示球體直徑為2mm。形狀最好，需造粒。球形活性碳具有壓降小，磨耗率低且容易操作之優(yōu)點，正常狀況下磨耗量約0.3g/m2。hr，大都利用於流體化床的系統(tǒng)。50PPT課件③、

球形活性炭球形活性炭故名思義是園球形的活51PPT課件51PPT課件（3）

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。52PPT課件（3）

其它形狀的活性炭除了粉狀活性炭和顆粒活①、纖維狀活性碳活性炭纖維是指纖維直徑8~10ūm活性炭，以粘膠絲、聚丙烯纖維等為原料，用氣體活化制成，比一般活性炭有較大的吸附量、吸附速度和脫吸速度，并有可撓性，能加工成各種形狀的織物。主要目的是揉和粉末活性碳高面積、高吸附力及粒狀活性碳壓降小、可再生的優(yōu)點，而且具有獨特的強度，可二次加工，通常其吸脫附性能也頗良好。表面積高達2500m2/g。53PPT課件①、纖維狀活性碳活性炭纖維是指纖維直徑8~10ūm活性炭，5②、表面塗佈之基材活性碳

表面塗佈之基材活性碳多用於微量污染物之去除，如潔淨室之淨化等。

直接塗佈形，大都以陶瓷纖維紙或玻璃纖維紙等耐燃性物質(zhì)為基材，先成型為蜂巢狀，再將含有黏合劑之碳粉塗佈分散於基材表面，此產(chǎn)品由於屬於較均一之薄薄一層，效率較高，且在高風速流量時，例如；面速度2.5m/s壓降最低（<70Pa）。54PPT課件②、表面塗佈之基材活性碳表面塗佈之基材活性碳多用於③、活性碳混紡織物

三明治形，主要以不織布將微粒狀之活性碳夾在中間，此多做成折疊狀之濾材成品。

由於碳粒與碳粒之間無法緊密結(jié)合，一般而言，此類型之產(chǎn)品效率較差，無達到極低濃度的去除效果，且使用時，壓降也較大。

混紡形則為將碳粉加入高分子材料中，再製成絲後織成產(chǎn)物，亦有混入紙漿內(nèi)，再進行抄紙等製成產(chǎn)品，由於可添加之量有限，使用之壽命較短，且價格較貴。

55PPT課件③、活性碳混紡織物三明治形，主要以不織布將微粒狀產(chǎn)品特點：本產(chǎn)品采用高效吸附過濾材料－－活性炭與無紡布復(fù)合型的過濾介質(zhì)，在既能過濾液體中顆粒雜質(zhì)的同時，又能高效的去除分解液體中的異味及化學(xué)污染物質(zhì)，如有機物、有害物質(zhì)及重金屬，是液體過濾技術(shù)中的一種新型濾材。主要用于工業(yè)水的凈化處理，能有效去處水中異味及化學(xué)污染物質(zhì)。

產(chǎn)品用途：

適用于生活用水過濾，化學(xué)工業(yè)、醫(yī)藥制品、機械工業(yè)、電子行業(yè)及食品飲料行業(yè)的過濾與凈化56PPT課件產(chǎn)品特點：本產(chǎn)品采用高效吸附過濾材料－－活性炭與無紡布復(fù)合型活性炭紙ActivatedCarbonPaper

活性炭紙是經(jīng)特殊設(shè)計將優(yōu)質(zhì)活性炭粉制成的一種濾材。兼有活性炭的吸附功能和過濾微粒的性能，并可適應(yīng)纏繞或折疊等方式的機械加工，主要適用于水處理和空氣凈化。主要參數(shù)：克重(g/m2):

100-250厚度(mm):

0.4-1.2活性炭含量(%):

50透氣量(L/min.100cm2):

≥225(500Pa)吸苯量(mg/g):

≥200

60.00

元/kg

57PPT課件活性炭紙ActivatedCarbonPaper活性炭無紡布活性炭根據(jù)加工方式不一樣，分單面活性炭布、雙面活性炭布，夾炭無紡布。具有良好的吸附性能，厚度薄,透氣性好,易于熱合成形，可有效吸附各種工業(yè)廢氣，如苯、甲醛、氨氣、二氧化硫等。該產(chǎn)品目前已被廣泛應(yīng)用在中央空調(diào)過濾器、汽車濾清器、防護服、活性炭口罩，除臭鞋材等多個領(lǐng)域。

58PPT課件無紡布活性炭根據(jù)加工方式不一樣，分單面活性炭布、雙面活性炭布4、按孔容分（1）．

大孔型活性炭：所含大孔、中孔、微孔中，以大孔體積較大的活性炭。（2）．

細孔型活性炭：所含大孔、中孔、微孔中，以微孔體積較大的活性炭?；钚蕴靠讖揭话惴譃槿悾捍罂祝?000-1000000A過渡孔：20-1000A微孔：20A59PPT課件4、按孔容分（1）．

大孔型活性炭：所含大孔、中孔、微孔中，5、按機能分高比表面積活性炭、分子篩活性炭、添載活性炭、生物活性炭等載銀活性炭載生物活性炭60PPT課件5、按機能分高比表面積活性炭、分子篩活性炭、添載活性炭、生物6、按應(yīng)用場合分

前已述及活性炭廣泛應(yīng)用于幾乎所有國民經(jīng)濟部門和人們的日常生活，正因為如此，按活性炭應(yīng)用場合進行分類是很困難的，問題在于同一種活性炭可以應(yīng)用于多種場合，而某種場合又可以用多種活性炭達到相同的目的。人們往往是由應(yīng)用來獲得對活性炭的認識的，所以往往在活性炭詞語前冠似×××活性炭也作為的定俗成的活性炭的模糊分類方法。如糖用活性炭、針劑活性炭、味精活性炭、凈水活性炭等。61PPT課件6、按應(yīng)用場合分

前已述及活性炭廣泛應(yīng)用于幾乎不同應(yīng)用幾乎都有相應(yīng)的品種，不勝枚舉。目前中外已有質(zhì)量標準的部分應(yīng)用有：1、凈水用；2、糖液脫色用；3、味精精制用；4、防毒面具用；5、氣相色譜用；6、分析用；7、測試土壤用；8、測試AOX用；9、改正酒味酒香用；10、去放射性碘用；11、藥典級；12、食品添加劑級；13、化學(xué)試劑級。

一般以用途為主分類，定出各項指標規(guī)格，指標按國家標準規(guī)定方法進行測定。

62PPT課件不同應(yīng)用幾乎都有相應(yīng)的品種，不勝枚舉。目前中外已有質(zhì)量標準的電子專用炭本產(chǎn)品主要用于：電子行業(yè)的高純水凈化。具有吸附速度快、吸附能力強，化學(xué)純度高等特點。項目指標：粒12-20目度1.6-0.9mm%≥96；碘值mg/g≥980；強度%≥98；干燥減量%≤10；灰分%≤3；PH值6-8；充填比重0.4-0.45

63PPT課件電子專用炭63PPT課件電鍍專用炭本產(chǎn)品主要用于鍍鎳、氫化鍍銅、鍍銀、及銅錫合金、HEDP鍍銅、鍍烙等金屬精加工。產(chǎn)品吸附效果好，因而使鍍屋無脆性并防止鍍層發(fā)花現(xiàn)象產(chǎn)生。項目指標：粒50-80目度0.35-0.18mm%≥95；碘值mg/g≥950；亞甲蘭脫色力%≥9；充填比重0.37-0.45；干燥減量%≤10；可溶性灰分在HEDP鍍液中顯陰性64PPT課件電鍍專用炭64PPT課件杏殼凈水炭本產(chǎn)品具有發(fā)達的孔隙結(jié)構(gòu)，對凈化飲用水有極的效能，能除去水中異臭、異味、氯、酚、汞、鉛、砷、等有害物質(zhì)，并提高色度，是裝填家庭、社會團體、賓館及高級凈化水生產(chǎn)設(shè)備的理想材料。一極品二極品粒10-24目度2.0-0.8mm%≥95≥95；碘值mg/g≥1000≥900；亞甲蘭脫色力ml≥11≥9；強度%≥95≥90；干燥減量%≤10≤10；灼燒殘渣%≤3≤3；充填比重0.45-0.50.45-0.5；PH值6-86-865PPT課件杏殼凈水炭65PPT課件油脂脫色活性炭本產(chǎn)品用于工業(yè)油、礦物油、食用油的脫色、去雜味及膠雜質(zhì)，廣泛用于食品工業(yè)和化學(xué)工業(yè)的液相脫色與精制。項目指標：粒20-40目度0.9-0.45mm%≥98；強度%≥92；碘值mg/g≥950；干燥減量%≤10；灰分%≤3；酸溶物%≤0.2；醇溶物%≤3.5；氯化物%≤0.10；鐵%≤0.15；硫化物%≤0.15；重金屬%≤0.005；充填比重0.37-0.45PH值6-866PPT課件油脂脫色活性炭66PPT課件粉狀活性炭本產(chǎn)品主要用于味精、檸檬酸、氨基酸、啤酒、汽水、清涼飲料葡萄和搞菌素等的脫色提純。項目指標：粒度100目0.15mm%≥95；亞甲蘭脫色力ml≥11；碘吸附值mg/g≥950；總鐵量%≤0.10；干燥減量%≤10；氯化物%≤0.20；灼燒殘渣%≤3；PH值6-867PPT課件粉狀活性炭67PPT課件味精專用炭本產(chǎn)品主要供味精工業(yè)裝填吸附塔進行味精母液的連續(xù)脫色，提高味精的質(zhì)量，減少粉狀活性炭消耗量，還可裝填各種塔柱在醫(yī)藥工業(yè)上供液相連續(xù)脫色，也可用有機溶劑等工業(yè)的脫色、除臭和精制。項目指標：粒24-48目；度0.8-0.35mm%≥95；碘值mg/g≥1000；強度%≥92；亞甲蘭脫色力ml≥13；干燥減量%≤10；充填比重0.37-0.45；總鐵量%≤0.10；PH值5-768PPT課件味精專用炭本產(chǎn)品主要供味精工業(yè)裝填吸附塔進行味精母液的連續(xù)顆粒空氣凈化炭主要用途：本品用于氣相吸附領(lǐng)域，回收醇、酯、烴和芳香族等有機溶劑，也可用于空氣過濾、凈化、去除有害氣體等。項目指標：粒4-10目；度5.44-2.0mm%≥85；碘值mg/g≥1000；強度%≥96；干燥減量%≤10；充填比重0.4-0.5；PH值6-869PPT課件顆?？諝鈨艋?9PPT課件活性炭過濾棉纖維狀活性炭濾棉是以優(yōu)質(zhì)粉狀活性炭為吸附材料，將其載附在空氣過濾無紡纖維基體之上制成，具有良好的吸附性和集塵效果，成型性好(任意裁剪、折疊)、強度高、氣流阻力較小，主要用于油煙凈化；各種家用、車用空調(diào)、空氣過濾器配套；水質(zhì)凈化、氣相吸附等。它可單獨使用，去除微塵、煙霧、臭味、及揮發(fā)性有機污染物苯、甲醛等；亦可與超細熔噴纖維、粗效過濾棉復(fù)合，達到更高濾塵、除臭功效。可根據(jù)客戶要求定制、按相應(yīng)尺寸裁剪。主要指標：(以厚度4mm濾材測試)炭含量：≥40%；苯吸附：≥15%；四氯化炭吸附：≥35%；阻力：氣體流量為0.8升/秒.平方厘米；壓降≤0.8pa70PPT課件活性炭過濾棉70PPT課件7、再生炭以用過的廢炭為原料，進行再活化處理的再生炭(ReactivatedCarbon)，與原生活性炭(VirginActiveCarbon)相區(qū)分，在國外是一類重要商品。降低活性炭使用成本的主要途徑。71PPT課件7、再生炭以用過的廢炭為原料，進行再活化處理的再生炭(Rea8、活性炭雕72PPT課件8、活性炭雕72PPT課件第二節(jié)、活性炭的微觀結(jié)構(gòu)一、微晶質(zhì)炭材料的研究手段二、游離態(tài)碳的存在方式三、活性炭的微晶結(jié)構(gòu)

73PPT課件第二節(jié)、活性炭的微觀結(jié)構(gòu)一、微晶質(zhì)炭材料的研究手段73PPT一、微晶質(zhì)炭材料的研究手段

1、微晶質(zhì)炭中的元素組成、含量及存在方式的研究：元素分析、紅外光譜、X射線光電子能譜、核磁共

振等。

2、類石墨微晶結(jié)構(gòu)及其含量的研究：高分辨率透射電子顯微鏡、X射線衍射、拉曼光譜等。

3、炭化過程中物質(zhì)形態(tài)結(jié)構(gòu)的電子結(jié)構(gòu)變化的研究：偏光顯微鏡、掃描電子顯微鏡、電子自旋共振。

4、孔隙結(jié)構(gòu)的解析：液氮吸附孔隙解析儀和壓汞法解析孔隙結(jié)構(gòu),BET-比表面測定儀

5、電子結(jié)構(gòu)的分析：電子自旋共振光譜。

74PPT課件一、微晶質(zhì)炭材料的研究手段74PPT課件二、游離態(tài)碳的存在方式

(一)、結(jié)晶態(tài)炭單質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)1、

金剛石

碳原子：SP3雜化；

鍵長：0.154nm

維度：三維，立體結(jié)構(gòu)

白色、堅硬的結(jié)晶體。碳原子以共價鍵的形式有序地排列成正四面體，即每個居正四面體中心的碳原子與四個居頂點的碳原子以共價鍵形式聯(lián)結(jié)，形成堅固的骨架結(jié)構(gòu)。刀片，鋸片，鉆頭，砂輪等有句老話叫做“你沒有金鋼鉆，就別攬瓷器活”，人造金剛石:2000℃高溫和5.5萬個大氣壓75PPT課件二、游離態(tài)碳的存在方式

(一)、結(jié)晶態(tài)炭單質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)1、2、石墨

碳原子：SP2雜化；

鍵長：0.143nm

層間距：0.335nm；

維度：二維，平面結(jié)構(gòu)。每個層可以看作一個大分子，石墨整體由許多相互平行的層片組成，兩層間距0.335.m。對每個碳原子來說。它的四個電子只有三個與它在同平面層內(nèi)另外三個碳原子形成共價鍵，一個電子是自由電子，整層形成一個大∏鍵，二層間就是靠∏鍵聯(lián)結(jié)，引力較弱相當于分子間的范德華引力。故石墨層間很容易剝離，顯各向異性，層與層之間很容易滑動，硬度較小。

電子、機電、通訊、印刷、航空航天、軍事

石墨炸彈76PPT課件2、石墨碳原子：SP2雜化；76PP

是一種深灰色的有金屬光澤而不透明的細鱗片狀固體。石墨很軟，有滑膩感。在紙上畫過能留下深灰色的痕跡。此外，石墨還具有優(yōu)良的導(dǎo)電性能。石墨77PPT課件是一種深灰色的有金屬光澤而不透明的細鱗片狀固體。石墨3、富勒碳：C60（巴基球，足球烯）碳原子：SP2雜化鍵長：五邊形的邊為單鍵，鍵為.1455nm，六邊形所共有的邊為雙鍵，鍵長0.1391nm。結(jié)構(gòu)：12個正五邊形和20個正六邊形鑲嵌而成的具有32個面和60個連接點的球狀分子。維度：零維獨特的結(jié)構(gòu)和奇異的物理化學(xué)性78PPT課件3、富勒碳：C60（巴基球，足球烯）碳原子：SP2雜化7富勒烯

1985年，英國Sussex大學(xué)的H.W.Kroto等人用激光作石墨的氣化試驗發(fā)現(xiàn)了C60，這是一種由60個碳原子組成的穩(wěn)定原子簇。此后又發(fā)現(xiàn)了C50、C70、C240乃至C540，它們都是具有空心的球形結(jié)構(gòu)，屬于籠形碳原子簇分子。由于C60的結(jié)構(gòu)類似建筑師BuckminsterFuller設(shè)計的圓頂建筑，因而稱為富勒烯(Fullerend)，也有布基球、足球烯、球碳、籠碳等名稱。

以C60為代表的富勒烯是繼金剛石、石墨后發(fā)現(xiàn)的第3種碳的同素異形體。在富勒烯中，人們對C60研究得最深入。它獨特的結(jié)構(gòu)和奇異的物理化學(xué)性質(zhì)備受國際科學(xué)界的關(guān)注，其研究不僅涉及到化學(xué)的各個分支，而且還涉及到生命科學(xué)、材料科學(xué)及固體物理等諸多領(lǐng)域。因此，C60是20世紀的重大科學(xué)發(fā)現(xiàn)之一。Kroto等人因此而榮獲1996年諾貝爾化學(xué)獎。C6079PPT課件富勒烯1985年，英國Sussex大學(xué)的H

碳籠原子簇的應(yīng)用盡管有相當多的報道，但仍處于研究階段，其應(yīng)用前景無法估量。從化學(xué)和材料科學(xué)的角度來看，它們都具有重要的學(xué)術(shù)意義和應(yīng)用前景。

★富勒烯的應(yīng)用前景

其中最早令人關(guān)注的是金屬摻雜富勒烯的超導(dǎo)性。由于室溫下富勒烯是分子晶體，面心立方晶格的C60的能帶結(jié)構(gòu)表明是半導(dǎo)體，能隙為1.5eV。但經(jīng)過適當?shù)慕饘贀诫s后，都能變成超導(dǎo)體。摻雜富勒烯超導(dǎo)體有兩個特點:一是與一維有機超導(dǎo)體和三維氧化物超導(dǎo)體不同，摻雜富勒烯超導(dǎo)體是各向同性非金屬三維超導(dǎo)體;二是超導(dǎo)臨界溫度Tc比金屬超導(dǎo)體高，如摻雜I的IxC60的Tc已達57K。據(jù)推測，若C540的合成獲得突破，其摻雜物可能是室溫超導(dǎo)體。80PPT課件碳籠原子簇的應(yīng)用盡管有相當多的報道，但仍處于研究階段4、卡賓碳，線型碳

碳原子：SP雜化；

維度：一維，線形結(jié)構(gòu)，國外學(xué)術(shù)界稱之為Carbyne(卡拜)，源自分子中的

共軛三鍵結(jié)構(gòu)(C≡C)n。早在20世紀50年代就有人從理論上預(yù)言了線型碳分子的存在。1968年，前西德科學(xué)家在Riss火山口的石墨片麻巖中發(fā)現(xiàn)了與石墨層交替出現(xiàn)的薄膜線型碳，后來又在含碳球粒隕石和星際粉塵中發(fā)現(xiàn)了多種結(jié)晶形態(tài)的線型碳。由于理論上預(yù)言線型碳可能是一種室溫超導(dǎo)體及超強纖維材料，因而很大程度上激勵了各國研究者的研究熱情。81PPT課件4、卡賓碳，線型碳碳原子：SP雜化；81P

線型碳的惰性及結(jié)構(gòu)特征使其可能成為優(yōu)于碳纖維的超強纖維。線型碳對生物體的親合性優(yōu)于高分子材料，可能成為性能優(yōu)異的生物醫(yī)學(xué)材料。有報道，俄羅斯科學(xué)家已將線型碳用作外科手術(shù)的縫合線及人造動物器官，并申請了發(fā)明專利。線型碳可能提供一個非高溫高壓條件下合成金剛石的新途徑。至于令人關(guān)注的常溫超導(dǎo)性，盡管至今的實驗結(jié)果令理論工作者失望，但須說明的是已報導(dǎo)的人工合成線型碳并非直線型的高分子線型碳。如果能夠合成無限長鏈的直線型β－線型碳晶體，就可能解開這個謎。線型碳的應(yīng)用前景82PPT課件線型碳的惰性及結(jié)構(gòu)特征使其可能成為優(yōu)于5、碳納米管碳原子：SP2雜化；結(jié)構(gòu)：管狀；維度：一維；分類：單壁和多壁碳納米管；

碳納米管的結(jié)構(gòu)83PPT課件5、碳納米管碳原子：SP2雜化；

納米碳管有許多特異的物理性能。如納米碳管的熱導(dǎo)與金剛石相近，電導(dǎo)高于銅。但納米碳管的應(yīng)用研究還在探索階段：

(1)高強度碳纖維

材料理論計算表明，納米碳管的抗張強度比鋼高100倍，但重量只有鋼的六分之一。其長度是直徑的幾千倍，5萬個并排起來才有人的一根頭發(fā)那么寬，因而號稱“超級纖維”。

(2)復(fù)合材料

近年的研究表明，納米碳管與介孔固體(孔徑在2～50nm的多孔固體)組裝，形成介孔復(fù)合體，將是一種特殊性能的新型材料。

★碳納米管的應(yīng)用84PPT課件納米碳管有許多特異的物理性能。如納米碳管的(3)納米電子器件由于碳納米管壁能被某些化學(xué)反應(yīng)所“溶解”，因此它們可以作為易于處理的模具。只要用金屬灌滿碳納米管，然后把碳層腐蝕掉，即可得到納米尺度的導(dǎo)線。研究人員還發(fā)現(xiàn)碳納米管本身就具有比普通石墨材料更好的導(dǎo)電性，因此碳納米管不僅可用于制造納米導(dǎo)線的模具，而且還能夠用來制造導(dǎo)線本身。美國已用納米碳管成功地制備了納米碳化鈦、碳化鐵、碳化鋁等納米棒，在納米碳化鈮棒中還發(fā)現(xiàn)了超導(dǎo)現(xiàn)象。將納米管組裝到有機高分子PCM－1中，其電導(dǎo)可提高幾個數(shù)量級。我國利用碳納米管研制出新一代顯示器。這種顯示器不僅體積小、重量輕、省電、顯示質(zhì)量好，而且響應(yīng)時間僅為幾微秒，從－45～85℃都能正常工作。這一成果標志著我國在碳納米管應(yīng)用上取得了重要突破,并臍身于碳納米管場發(fā)射研究領(lǐng)域的世界先進行列。

(4)催化纖維和膜工業(yè)碳納米管還可作為其他金屬和金屬氧化物催化劑的載體，最大限度地提高催化劑的效率。碳納米管“列陣”制成的取向膜，可被用作場發(fā)射器件，也可被制成濾膜，由于膜也為納米級，可對某些分子和病毒進行過濾，從而使超濾膜進入一個嶄新的天地。85PPT課件(3)納米電子器件85PPT課件碳單質(zhì)的同素異形體的比較

86PPT課件碳單質(zhì)的同素異形體的比較86PPT課件(二)、微晶質(zhì)炭的微觀結(jié)構(gòu)1、微晶質(zhì)炭定義：以石墨狀微晶為結(jié)構(gòu)主體的游離態(tài)碳類物質(zhì)。2、類石墨微晶：也是由多層SP2雜化的碳原子構(gòu)成的六角形網(wǎng)狀平面層疊而成與石墨結(jié)構(gòu)類似的微晶炭結(jié)構(gòu)。

87PPT課件(二)、微晶質(zhì)炭的微觀結(jié)構(gòu)87PPT課件類石墨微晶與石墨晶體結(jié)構(gòu)的異同之處a）類石墨微晶中相鄰的六角形網(wǎng)狀平面（以下都簡稱為碳網(wǎng)平面）之間的距離（即層間距）比石墨晶體中的層間距大，有的達到0.35～0.37nm，（石墨層間距0.335nm）且不同部位的層間距不一定相同；b）類石墨微晶中碳網(wǎng)平面不全部是以平行的方式進行層疊排列的。c）碳網(wǎng)平面繞著C軸旋轉(zhuǎn)了一定的角度，類石墨微晶中不同的碳網(wǎng)平面所旋轉(zhuǎn)的角度可能不同，且不同的碳網(wǎng)平面在平面內(nèi)發(fā)生了一定的平移。88PPT課件類石墨微晶與石墨晶體結(jié)構(gòu)的異同之處a）類石墨微晶中相鄰的六角

活性炭屬微晶質(zhì)碳，根據(jù)X射線的研究，賴利(Riley)提出兩種活性炭結(jié)構(gòu)類型。第一種結(jié)構(gòu)類型是由類似石墨的基本微晶構(gòu)成，這些基本微晶多數(shù)由六角形排列的碳原子的平行層片組成，各層片的排列是不規(guī)則的、紊亂的，有人把這種排列稱為“亂層結(jié)構(gòu)”。第二種結(jié)構(gòu)類型為不規(guī)則交聯(lián)碳六角形空間格子，這是由類石墨層片扭曲造成的。89PPT課件活性炭屬微晶質(zhì)碳，根據(jù)X射線的研究，賴利(Riley)提出3、類石墨微晶質(zhì)碳：木炭、活性炭、焦炭、炭黑

木炭

活性炭

焦炭

炭黑90PPT課件3、類石墨微晶質(zhì)碳：木炭、活性炭、焦炭、炭黑木炭活性4、類石墨微晶質(zhì)炭的種類與用途91PPT課件4、類石墨微晶質(zhì)炭的種類與用途91PPT課件（三）、無定形碳無定形碳（Amorphouscarbon）

碳單質(zhì)的存在形式，除了金剛石、石墨和類石墨微晶質(zhì)碳外，還有無定形碳。另一大類碳，非結(jié)晶體。瀝青木炭、活性炭、焦炭、炭黑含類石墨微晶質(zhì)碳和無定形碳92PPT課件（三）、無定形碳無定形碳（Amorphouscarbon）比較碳與炭的區(qū)別：“碳”：“炭”：是元素的名稱，是核電荷數(shù)為6的一類原子的總稱。比如：碳元素、碳單質(zhì)、含碳化合物、一氧化碳。（這兒不能用“炭”）表示由碳元素組成的某種單質(zhì)—木炭、活性炭、焦炭、炭黑等。炭是黑炭類的統(tǒng)稱：單質(zhì)炭：微晶質(zhì)炭、無定形碳一般在未指明具體單質(zhì)時，習慣上用碳，如“熾熱的碳”“當碳燃燒時”。93PPT課件比較碳與炭的區(qū)別：“碳”：“炭”：是元素的名稱，是核電荷數(shù)為（四）、微晶質(zhì)炭的微觀組成微晶質(zhì)炭基本微晶：類石墨微晶

無定形炭沒有形成微晶的單層碳網(wǎng)平面

未完全炭化的前驅(qū)體熱解殘留物，即前驅(qū)體或前驅(qū)體在炭化過程中形成的中間產(chǎn)物類石墨微晶是構(gòu)成微晶質(zhì)炭材料的基本微晶94PPT課件（四）、微晶質(zhì)炭的微觀組成微晶質(zhì)炭基本微晶：類石墨微晶無類石墨微晶的排列紊亂排列較有序排列難石墨化炭易石墨化炭在熱處理溫度超過3000℃，仍然難以石墨化，如竹炭、木炭和相應(yīng)的活性炭：天然高分子基

在2800～3000℃的熱處理溫度，類石墨微晶的尺寸急劇增大，類石墨微晶在很大程度上接近于石墨晶體

，如石油焦炭、炭黑和瀝青：合成高分子基

三、活性炭的微晶質(zhì)結(jié)構(gòu)1、類石墨微晶是構(gòu)成微晶質(zhì)炭材料的基本微晶95PPT課件類石墨微晶的排列紊亂排列較有序排列難石墨化炭易石墨化炭在熱處96PPT課件96PPT課件

70年代以來用電子顯微鏡研究炭的細微結(jié)構(gòu)得到，在1000℃左右熱處理焦炭、木炭之類的炭，它們具有易石墨化碳和難石墨化碳兩種結(jié)構(gòu)。易石墨化碳是直徑約1.0nm，碳層面4-5枚層積成基本單位，此基本單位平均在2-3個寬大“波形”即在1000nm范圍內(nèi)接近平行地排列成構(gòu)造。難石墨化碳的碳層面直徑約1.0nm，積層高也是1.0nm左右，有方向排列的領(lǐng)域只5.0-15.0nm。碳層面間距離都是平均。0.43-0.44.nm，在0.36-0.53nm之間變動。97PPT課件70年代以來用電子顯微鏡研究炭的細微結(jié)構(gòu)得到，在1000℃98PPT課件98PPT課件99PPT課件99PPT課件石墨、炭黑、活性炭的x衍射圖，如圖它們有相似于石墨的微晶結(jié)構(gòu)，由于結(jié)晶構(gòu)造不完善，微晶邊緣還殘留著鏈烴和環(huán)烴，基本微晶大小或長度，隨原料、炭化溫度和活化條件不同而變化，

炭微晶結(jié)構(gòu)的邊緣100PPT課件石墨、炭黑、活性炭的x衍射圖，如圖它們有相似于石墨的微晶結(jié)構(gòu)早期用X-射線研究炭類構(gòu)造的有：德拜Debye,1917年)、淺源(1923年)、霍夫曼(Holman,1926年)、大島、福田(1929年)。貝拉登(Blayden),賴利(Riley),泰勒(Taylor)于1939年觀察了纖維素400-1300℃加熱時，微晶大小的變化。101PPT課件早期用X-射線研究炭類構(gòu)造的有：101PPT課件2、活性炭的微觀組成和結(jié)構(gòu)活性炭（與微晶質(zhì)炭類似）微觀組成具有亂層結(jié)構(gòu)的基本微晶：類石墨微晶無定形碳未組成類石墨微晶的非組織碳

易石墨化碳難石墨化碳102PPT課件2、活性炭的微觀組成和結(jié)構(gòu)活性炭（與微晶質(zhì)炭類似）微觀組成英國的富蘭克林(Franklin)認為，除了金剛石以外的所有碳質(zhì)材料可分成石墨化型和非石墨化型兩類。非石墨化物料炭化時，在排列無序的相鄰基本微晶之間發(fā)生強烈的交聯(lián)，結(jié)果形成一種不易流動的堅硬物質(zhì)，由此形成的炭是堅硬的，微孔結(jié)構(gòu)也相對比較發(fā)達，甚至在非常高的溫度下也保持這種微孔結(jié)構(gòu)。而石墨化型的物料從炭化一開始基本微晶就易變動，交聯(lián)也比較弱，形成的炭比較軟其空隙結(jié)構(gòu)比較不發(fā)達，含有較大量的平行石墨層的微晶趨于互相平行地排列，煤質(zhì)活性炭基本上屬非石墨化型的碳。

103PPT課件英國的富蘭克林(Franklin)認為，除了金剛石以外的所有3、活性炭的炭化程度對其微觀結(jié)構(gòu)和組

成的影響石墨化程度提高，類石墨微晶碳在活性炭中所占的比例提高；微晶尺寸參數(shù)變大

非組織碳所占的比例下降，氫、氧及其它雜原子的含量下降，反應(yīng)活性下降。炭化程度的提高：炭化最終溫度提高104PPT課件3、活性炭的炭化程度對其微觀結(jié)構(gòu)和組成的影響石墨化程度

據(jù)隨炭化溫度升高，固定碳含量增加。芳化度和縮合度增大，而比電阻率卻大大地降低，相當于有機半導(dǎo)體。木炭用氣體法活化，隨燒失率增大，先脂肪族、后芳香族碳格子燒失，而且沿徽晶高度方向比直徑方向燒失的快，結(jié)果微晶平均統(tǒng)計厚度增大。從雛晶到活性炭微晶的完善過程，微孔、中孔逐漸增多，吸附能力增大。105PPT課件據(jù)隨炭化溫度升高，固定碳含量增加。芳化度和縮合度增大，而比106PPT課件106PPT課件哈斯勒(Herder)還提出了各種溫度下的微晶大小圖溫度高，微晶大107PPT課件哈斯勒(Herder)還提出了各種溫度下的微晶大小圖107上一堂課的主要內(nèi)容游離態(tài)碳的存在方式金剛石

\石墨，富勒烯，碳納米管

\卡賓

微晶質(zhì)炭：以石墨狀微晶為結(jié)構(gòu)主體的游離態(tài)碳類物質(zhì)。類石墨微晶：微晶質(zhì)炭的微觀組成活性炭的微觀組成和結(jié)構(gòu)易石墨化碳\難石墨化碳炭化程度的提高：炭化最終溫度提高108PPT課件上一堂課的主要內(nèi)容游離態(tài)碳的存在方式108PPT課件第三節(jié)、活性炭的孔隙結(jié)構(gòu)由于活性炭基本微晶的排列是無規(guī)則的、紊亂的，各微晶子間才有許多形狀不同、大小不等的空隙，因此便形成了活性炭的各種空隙。這些空隙最大的可用光學(xué)顯微鏡看見，有的卻小得與分子一樣大小?；钚蕴康闹饕阅苁俏叫晕叫缘年P(guān)鍵是活性炭發(fā)達多樣的孔隙下面重點討論活性炭的孔隙結(jié)構(gòu)109PPT課件第三節(jié)、活性炭的孔隙結(jié)構(gòu)由于活性炭基本微晶的排列是無規(guī)則的、一、活性炭孔隙結(jié)構(gòu)

活性炭的孔隙結(jié)構(gòu)包括兩個方面的內(nèi)容：孔隙的形狀和大小。

目前，已有很多的方法對活性炭中孔隙的大小進行解析，盡管解析過程還需要很多的假設(shè)，導(dǎo)致的誤差也還比較大；而活性炭中孔隙的形狀還沒有一種有效的方法進行觀察和研究，因此人們對它的了解以及它的形成規(guī)律和對活性炭應(yīng)用過程的影響還遠未達到對孔隙大小的了解程度?；钚蕴恐锌紫洞笮『托螤畹亩鄻有院蛷?fù)雜性是導(dǎo)致活性炭吸附性能非常復(fù)雜的主要原因。110PPT課件一、活性炭孔隙結(jié)構(gòu)110PPT課件圖:活性碳的孔洞分佈

111PPT課件圖:活性碳的孔洞分佈111PPT課件112PPT課件112PPT課件二、活性炭中孔隙的形狀活性炭中孔隙的形狀特性多樣性和不規(guī)則性表

現(xiàn)有兩端開口的毛細管狀，或一端封閉的進口縮小形狀的孔隙，如墨水瓶狀，也有兩個平面之間的裂口呈現(xiàn)規(guī)則形狀的狹縫孔、V形孔、錐形孔和其它不規(guī)則形狀等

復(fù)雜性113PPT課件二、活性炭中孔隙的形狀活性炭中孔隙的形狀特性多樣性和不規(guī)則性三、活性炭的孔隙大小、分類和各類孔隙的特點和性質(zhì)根據(jù)空隙的大小，分為大孔、微孔和介于大孔微孔之間的中孔(又稱過渡孔)。1972年國際精細應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會(IUPAC)根據(jù)蘇聯(lián)學(xué)者杜賓寧的劃分對活性炭的空隙作了以下的分類:114PPT課件三、活性炭的孔隙大小、分類和各類孔隙的特點和性質(zhì)根據(jù)空隙的大活性炭的孔隙大小和分類

杜比寧分類法的依據(jù)：毛細凝聚理論

IUPAC分類法的依據(jù)：參考了杜比寧理論

115PPT課件活性炭的孔隙大小和分類115PPT課件孔隙各有它們的特殊作用1.微孔：所謂微孔，就是在相當于滯后開始時的相對壓力下已經(jīng)被完全充填的那些孔隙。微孔的半徑r小于15-16A，它們相當于被吸附分子的大小。微孔的容積為0.20-0.60cm3/g，約占活性炭總比表面積的90%以上，即數(shù)百m2/g,甚至超過1000.2/g，吸附作用主要靠它。對吸附來說，最重要的是微孔，由于微孔有很大的孔容和比表面積，孔容0.2-0.6cm3/g；比表面積可達900-1200m3/g，占總比表面積的95%以上，所以它在很大程度上決定著活性炭的吸附能力。116PPT課件孔隙各有它們的特殊作用1.微孔：所謂微孔，就是在相當于滯后2.中孔（過渡孔）中孔：是那些能發(fā)生毛細凝聚使被吸附物質(zhì)液化而形成彎液面，從而在等溫線上出現(xiàn)滯后回線的孔隙。因此，中孔大小在有效半徑15A<r<1000-2000A的范圍內(nèi)，它們要比微孔的半徑大10-100倍。一般活性炭中孔（過渡孔）可以分布在4.0-20nm，它的容積在0.02-0.1cm3/g，占總比表面積的5%，一般在20-70m2/g。中孔（過渡孔）的有效半徑要比被吸附分子大得多，它的作用是捕捉有機蒸汽，為吸附物分子進人微孔的通道，用來吸附大分子物質(zhì)，常用于溶液的脫色如用ZnCl2法制得過渡孔特別發(fā)達的糖用炭.以除去溶液中分子較大的有色雜質(zhì)或呈膠體分散的顆粒?；瘜W(xué)法制得活性炭的過渡孔容積可達0.7cm3/g，它的比表面積達200-4502m/g。117PPT課件2.中孔（過渡孔）中孔：是那些能發(fā)生毛細凝聚使被吸附物質(zhì)液化中孔的作用：①在足夠高的壓力下按毛細凝聚的機理吸附物質(zhì)蒸氣;②作為被吸附物質(zhì)達到微孔的通道;③在液相吸附中對大分子的物質(zhì)有很好的吸附效果。大孔的孔容通常在0.2-0.8cm3/g，比表面積最小0.5-2.0m3/g，主要起通道作用。當活性炭用作催化劑載體時，催化劑主要是沉積在中孔和大孔內(nèi)，但也有沉積在微孔內(nèi)的。118PPT課件中孔的作用：118PPT課件3.大孔活性炭的大孔容積通常在0.2-0.8cm3/g，它的比表面積只0.5-2m2/g。半徑大于1000-2000nm的孔隙。在這樣大的孔隙內(nèi)技術(shù)上是不能實現(xiàn)毛細凝聚的。比表面的數(shù)值這樣小，表明它在吸附中不會起明顯作用，一般都不希望有，因它會降低活性炭的充填比重和強度。但是，這些大孔起著輸送渠道的作用，當活性炭用作催化劑載體時，較大的孔隙作為催化劑沉積的場所可能是有用的。

119PPT課件3.大孔活性炭的大孔容積通常在0.2-0.8cm3/g，它的

細孔對吸附物分子大小的篩分作用：活性炭在使用上表現(xiàn)出對口性或選擇性，即某一型號活性炭具有某種細孔分布，適用于某種吸附物的場合口如吸附物能進入的最小細孔半徑：碘1.0nm

亞甲基藍1.5nm

高錳酸鉀1.0nm

糖蜜2.8nm

赤蘚紅1.0nm用實物脫色力指標，可以間接反映活性炭的孔隙結(jié)構(gòu)120PPT課件細孔對吸附物分子大小的篩分作用：活性炭在使用上表現(xiàn)出對口性活性炭中各類孔隙的特點和性質(zhì)

121PPT課件活性炭中各類孔隙的特點和性質(zhì)121PPT課件四、活性炭孔隙結(jié)構(gòu)的表征方法(一)密度

多孔質(zhì)材料的密度表示方法堆積密度或充填密度，B以規(guī)定條件下試樣的充填體積為基準所表示的密度

ρB=m/V充＝m/(V真＋V孔＋V隙)顆粒密度

或汞置換密度，

p以規(guī)定條件下試樣的顆粒體積為基準所表示的密度

,ρp=m/V顆＝m/(V真＋V孔)真密度

或絕對密度，ρt

置換密度或有效密度、實際密度

以規(guī)定條件下試樣的無孔真實體積為基準所表示的密度,

ρt=m/V真

液體滲入活性炭的孔隙中的方法測定活性炭的密度

122PPT課件四、活性炭孔隙結(jié)構(gòu)的表征方法多孔質(zhì)材料的密度表示方法堆積密(二)、比孔容積和孔隙率

1、比孔容積

：1g活性炭所含有的顆粒內(nèi)部孔隙的總體積稱作比孔容積，簡稱為比孔容。比孔容大的活性炭孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)達。Vg=1/ρp（棵）－1/ρt（真）

2、孔隙率：活性炭顆粒內(nèi)部孔隙體積占顆粒體積的比率，常用百分率表示?？紫堵蚀蟮幕钚蕴靠紫督Y(jié)構(gòu)發(fā)達。

θ＝Vg/V顆=1－(ρp/ρt)

123PPT課件(二)、比孔容積和孔隙率123PPT課件(三)、比表面積

比表面積：1g活性炭所具有的顆粒外表面積與顆粒內(nèi)部孔隙的內(nèi)表面積之總和

。

活性炭的比表面積是所有吸附劑中最大的，通常為800－1500㎡/g，但3000㎡/g也能制備（高比表面）。

測試方法：液氮溫度下吸附氮氣的BET法是常用的方法之一

F-Sorb3400全自動比表面積及孔徑分析儀

124PPT課件(三)、比表面積124PPT課件(四)、平均孔隙半徑平均孔隙半徑表示活性炭孔隙半徑大小的平均值。它能在一定程度上宏觀地反映活性炭孔隙的大小。r=n·Vg/s

式中：r為平均孔隙半徑；Vg

為比孔容積；S為比表面積；

n為孔隙形狀系數(shù)：球形孔隙n＝3，圓筒狀孔隙n=2，狹縫性孔隙n=1。

125PPT課件(四)、平均孔隙半徑125PPT課件(五)、孔徑分布

孔徑分布表示隨著孔隙有效半徑大小而變化的孔容積分布狀況，是掌握活性炭孔隙結(jié)構(gòu)的最佳手段。

測試方法活性炭孔徑分布的測定方法有壓汞法（半徑大于10nm以上的孔隙）、毛細凝聚法（半徑2～30nm的孔隙）、X射線小角度散射法（小于0.5nm的孔隙）、電子顯微鏡法及分子篩法等。