活性炭的制備表征及應用

活性炭的制備表征及應用報告內容1活性炭的發(fā)展2345活性炭的基本特征活性炭的制備活性炭的表征活性炭的應用6

活性炭的改性活性炭的發(fā)展古代20世紀末20世紀初工業(yè)革命活性炭的基本特征

1、物理特征：活性炭是由已石墨化的微晶和未石墨化的非晶炭質構成的基本炭質，因此活性炭被認為屬于微晶類的碳系，炭微晶與非晶炭質相互連接構成了活性炭的孔隙結構。由于活性炭微晶的排列是無規(guī)則的、紊亂的，各微晶之間形成大小、形狀不同的孔隙，這些孔隙有狹縫型、楔子型和籠子型等。因此微晶的形狀、大小與聚集的程度與活性炭的比表面積和孔隙結構密切相關。活性炭的基本特征2、表面化學性質受到原料和制備工藝的影響，活性炭中除了石墨微晶平面層邊緣的碳原子外，在微晶平面層上還存在著許多不成對電子的缺陷位，這些缺陷位和碳原子共同構成了活性炭表面的活性位，活性位吸附其他元素(如：O、H、N和S等)生成穩(wěn)定的表面絡合物，形成局部表面化學官能團結構。羧基酸酐內脂型羧基酚羥基羰基醚基酰胺基二酰胺基類吡啶基類吡咯基酰亞胺基三、活性炭的制備活性炭制備基本路線圖活性炭的制備1、原料活性炭是將一些含碳物質進行碳化活化處理而制得，一般來說，制備活性炭的原料主要有石油焦、煤炭、生物質以及塑料類等。使用的原料不同，活性炭的制備工藝、產品的吸附性能、催化性能以及價格也不盡相同?；钚蕴康闹苽?、活化方法（1）物理活化方法（2）化學活化方法（3）化學物理活化法物理活化

物理活化法也稱氣體活化法，一般采用水蒸氣、CO2、空氣等含氧氣體或者混合氣體作為活化劑，在高溫條件下與炭化料接觸或者兩種活化劑交替進行活化，從而生產出比表面積巨大，孔隙豐富的活性炭產品。

氣體活化的過程是用活化氣體與碳發(fā)生氧化還原反應，侵蝕炭化物的表面，與此同時除去焦油類物質以及未炭化的物質，使炭化料的微細孔隙結構發(fā)達的過程。通過氣體活化，會使炭化料原來的閉塞孔被打開，原有的孔隙擴大并形成新的孔隙，一般會發(fā)生以下反應：C+H2O——H2+CO

C+CO2——2CO

由于物理活化法沒有引入化學活化劑，所以該法對環(huán)境的污染小，但是這兩個反應均是在高溫條件下發(fā)生，具有反應時間較長，設備要求較高，產品得率較低，均勻性不好，吸附性能較差等缺點?；瘜W活化法

化學活化法是活性炭制備普遍使用的一種方法，分為一步法和兩步法。一步法是將原料與活化劑按照一定的比例均勻混合，在惰性氣體的保護下進行加熱，碳化與活化同時進行的方法；兩步法是在一定溫度下將原料在惰性氣體中碳化，然后活化劑與炭化料共混，在一定條件下進行活化處理。目前，采用的活化劑主要有H3PO4、ZnCl2、KOH、NaOH等。ZnCl2活化劑

一般認為其活化機理是，在熱解過程中ZnCl2起脫水作用，并抑制焦油產生，促進熱解，同時在碳化過程中進行芳構化反應，從而形成豐富的孔隙結構。但因ZnCl2具有毒性，在高溫下易揮發(fā)，對環(huán)境以及人們的健康均會造成嚴重的危害，并且ZnCl2價格較高，不易回收，該方法在國外很多國家已經被禁止。H3PO4活化

H3PO4的活化機理與ZnCl2類似，促進熱解反應，降低活化溫度，H3PO4充斥在原料內部，占據一定的位置，在炭化時H3PO4起骨架作用，能給新生炭提供一個骨架，讓炭沉積在骨架上；同時H3PO4阻礙了高溫下物料的收縮，降低了焦油的產生，經過洗滌去除反應后的得到的磷酸鹽，便得到具有豐富孔隙的活性炭。KOH活化

KOH活化機理較為復雜，目前還沒有一個統一標準，一般認為KOH活化時，一方面通過KOH與C反應生成K2CO3從而侵蝕造孔；另一方面K2CO3、K2O和C反應生成金屬鉀，當活化溫度超過鉀沸點（762℃）時，鉀蒸氣會擴散進入碳層影響孔結構的發(fā)展產生影響；同時K2CO3分解產生的K2O和CO2也對孔隙的發(fā)展提夠幫助，在KOH活化過程中，主要發(fā)生以下反應：4KOH+C——K2CO3+K2O+3H2K2O+C——2K+COK2CO3+2C——2K+3CO化學物理活化法化學物理活化法是將物理活化法與化學活化法結合起來，發(fā)揮各自的優(yōu)勢，生產出孔隙結構更合理，性能更優(yōu)異的活性炭。化學物理活化法是對物理活化法的進一步改進，經過化學試劑浸漬能夠有效提高反應速度，同時也會對孔隙結構產生不同的影響。該法一般是先將含碳原料通過化學試劑浸漬，然后在高溫條件下進行物理活化。加熱方式加熱方式傳統加熱方式從高溫物體向低溫物體進行傳遞能量微波加熱方式極性分子隨電場作高頻振動,分子間摩擦使物料迅速發(fā)熱加熱原理傳統加熱微波加熱微波解熱優(yōu)點微波加熱時間、頻率耗時耗能收率低縮短反應時間節(jié)能提高收率影響活性炭性能的因素活性炭BECDA活化劑活化溫度活化時間原料本身活化方式四、活性炭表征BETSEMXRDFT-IR五、活性炭的應用1、吸附氣相吸附、液相吸附2、載體電子的缺陷位，這些缺陷位和碳原子共同構成了活性炭表面的活性位3、儲能裝置

活性炭因具有高比表面積、良好的導電性、穩(wěn)定的化學性能六、活性炭改性技術

活性炭表面物理結構改性指的是活性炭在制備過程中通過物理或者化學的方法來增加活性炭材料的比表面積、調整活性炭的孔隙結構及分布，使其孔結構發(fā)生改變，從而改變其吸附性能。

活性炭表面物理結構改性指的是活性炭在制備過程中通過物理或者化學的方法來增加活性炭材料的比