活性炭講義稿

活性炭的制備及應(yīng)用其他成員：陶鵬麗席喬悅張麗雯趙坤李瑞鄭勇王兆杰

生命不息奮斗不止1西北農(nóng)林科技大學(xué)林學(xué)院林化092班主要內(nèi)容一、活性炭的概述二、活性炭的制備三、活性炭的應(yīng)用及前景生命不息奮斗不止2西北農(nóng)林科技大學(xué)林學(xué)院林化092班一、活性炭的概述（一）、發(fā)展現(xiàn)狀（二）、活性炭的簡介生命不息奮斗不止3西北農(nóng)林科技大學(xué)林學(xué)院林化092班（一）、發(fā)展現(xiàn)狀國外活性炭生產(chǎn)國有美國、俄羅斯和日本等。世界活性炭的年產(chǎn)量約70萬噸，其中一半以上是由美國、日本及西歐經(jīng)濟(jì)共同體等工業(yè)國生產(chǎn)。歐美等發(fā)達(dá)國家在活性炭制造技術(shù)方面已完成大型化、自動(dòng)化、連續(xù)化、無公害化制造體系。而且對(duì)制造新工藝的研究與活性炭微孔結(jié)構(gòu)和表面化學(xué)基團(tuán)的關(guān)系研究，做到了品種的專用化和多樣化。生命不息奮斗不止4西北農(nóng)林科技大學(xué)林學(xué)院林化092班我國活性炭工業(yè)生產(chǎn)起步于20世紀(jì)50年代，80年代以后發(fā)展迅速，主要以煤質(zhì)活性炭為主。我國目前有中小型活性炭生產(chǎn)企業(yè)1000余家，活性炭產(chǎn)量占世界產(chǎn)量的三分之一，已成為世界上最大的活性炭生產(chǎn)國，2007年生產(chǎn)量達(dá)到35萬噸，出口量25萬噸。但是我國活性炭行業(yè)在制造技術(shù)上不如歐美國家，存在生產(chǎn)規(guī)模小、產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊、資源浪費(fèi)等問。生命不息奮斗不止5西北農(nóng)林科技大學(xué)林學(xué)院林化092班（二）、活性炭的簡介定義：

活性炭是一種非常優(yōu)良的吸附劑，它是利用木炭、各種果殼和優(yōu)質(zhì)煤等作為原料，通過物理和化學(xué)方法對(duì)原料進(jìn)行破碎、過篩、催化劑活化、漂洗、烘干和篩選等一系列工序加工制造而成。生命不息奮斗不止6西北農(nóng)林科技大學(xué)林學(xué)院林化092班特點(diǎn)：

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)。生命不息奮斗不止7西北農(nóng)林科技大學(xué)林學(xué)院林化092班結(jié)構(gòu)：

活性炭是非晶體物質(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)”。生命不息奮斗不止8西北農(nóng)林科技大學(xué)林學(xué)院林化092班二、活性炭的制備1、原材料主要分為木質(zhì)和煤質(zhì)。煤質(zhì)原料主要有無煙煤、焦炭煤、褐煤及石油、瀝青和石油焦等；木質(zhì)原料主要指果殼、農(nóng)作物秸稈、椰子殼、核桃殼、油棕殼，以及紙漿廢液等2、方法

由于制備活性炭原料的多樣性及話性炭的用途不同，其制備方法也存在很大差異。主要有物理法和化學(xué)法等。生命不息奮斗不止9西北農(nóng)林科技大學(xué)林學(xué)院林化092班②步驟：首先對(duì)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。生命不息奮斗不止10西北農(nóng)林科技大學(xué)林學(xué)院林化092班③影響因素：碳化溫度（400~600℃左右）、碳化時(shí)間（1h左右）、活化溫度（800~1000℃

）、活化時(shí)間（1h左右）、活化劑流量。（2）化學(xué)活化法步驟：化學(xué)活化法是將原料與化學(xué)試劑(活化劑)按一定比例混合浸漬一段時(shí)間后,在惰性氣體保護(hù)下將炭化和活化同時(shí)進(jìn)行的一種制備方式,實(shí)質(zhì)是化學(xué)試劑鑲嵌入炭顆粒內(nèi)部結(jié)構(gòu)中作用而開創(chuàng)出豐富的微孔。生命不息奮斗不止11西北農(nóng)林科技大學(xué)林學(xué)院林化092班②工藝流程圖:

常用的活化劑有堿金屬、堿土金屬的氫氧化物和一些酸,目前應(yīng)用較多、較成熟的化學(xué)活化劑有KOH,ZnCl2,H3PO4等,其中以KOH制得的超級(jí)活性炭性能最為優(yōu)異。③其他活化法：如物理-化學(xué)法、化學(xué)物理法、模板法、蒸汽裂解活化法等。生命不息奮斗不止12西北農(nóng)林科技大學(xué)林學(xué)院林化092班（3）其他制備方法a.催化活化法金屬及其化合物對(duì)碳的氣化具有催化作用，所用的金屬主要有堿金屬氧化物及鹽類、堿土金屬氧化物及鹽類、過渡金屬氧化物及稀土元素。采用催化活化的方法可以提高活性炭的中孔容積。b.聚合物炭化法由兩種或兩種以上聚合物以物理或化學(xué)方法混合而成的聚合物如果有相分離的結(jié)構(gòu)，熱處理時(shí)不穩(wěn)定的聚合物將分解并在穩(wěn)定的聚合物中留下孔洞。有學(xué)者將酚醛樹脂和聚丁烯丁脂在甲醇中以1：1比例混合，制得中孔活性炭。C.還有超臨界技術(shù)、微波加熱等制備方法。生命不息奮斗不止13西北農(nóng)林科技大學(xué)林學(xué)院林化092班目前國內(nèi)最先進(jìn)的新型活性炭生產(chǎn)設(shè)備

1、《一步法生產(chǎn)活性碳的內(nèi)熱蒸汽轉(zhuǎn)爐》——空衛(wèi)高級(jí)椰殼活性炭

2、《外熱、內(nèi)熱雙功能活性碳生產(chǎn)裝置》——空衛(wèi)高級(jí)椰殼活性炭生命不息奮斗不止14西北農(nóng)林科技大學(xué)林學(xué)院林化092班三、活性炭的應(yīng)用

活性炭在水處理中的應(yīng)用活性炭因具有較高的比表面積和化學(xué)穩(wěn)定性，可作為一種良好的吸附劑，主要有：去除水中有機(jī)物處理重金屬廢水處理含氰廢水工業(yè)廢水等生命不息奮斗不止15西北農(nóng)林科技大學(xué)林學(xué)院林化092班哈爾濱動(dòng)用1400噸活性炭治理水污染活性炭有很強(qiáng)的過濾功能哈爾濱自來水廠濾水池

2005年11月松花江水污染事件,硝基苯的濃度最大超標(biāo)了大約30倍,自來水廠常規(guī)處理工藝對(duì)其基本上沒有去除作用，混凝沉淀的方法，去除率在2%-5%，常用的氧化劑如高錳酸鉀，臭氧都不能把其氧化。技術(shù)措施：一條是在水廠取水口處投加粉末活性炭(40mg/l),利用水源水從取水口到凈水廠的輸水管線(1-2h),在管線當(dāng)中粉末炭把硝基苯吸附。

另一條就是把水廠現(xiàn)有沙濾池改造成活性炭和石英砂雙層濾料濾池，具體方法是把現(xiàn)有的石英砂挖出半米左右再加入半米的粒狀活性炭，一共用了粒狀炭800多噸生命不息奮斗不止16西北農(nóng)林科技大學(xué)林學(xué)院林化092班大氣污染的防治活性炭凈化室內(nèi)空氣是比較適合的方法,常常與空調(diào)裝置、換氣裝置并用,如醫(yī)院、賓館、地下設(shè)施、潛艇及宇宙飛船?？諝鈨艋玫幕钚蕴窟^濾器結(jié)構(gòu)簡單、替換容易。另外,燃燒廢氣中含有二氧化硫,活性炭處理后不僅防止大氣污染,還能回收二氧化硫,制成硫酸。用脫附方法可回收硫酸或硫酸鈣、硫酸按或固體硫?；钚蕴恳灿糜谖缴a(chǎn)過程中逸出的有毒氣體,保護(hù)環(huán)境,如噴漆車間的空氣和為了防止汽車氣化汽油的蒸發(fā)散失,也都推廣應(yīng)用活性炭吸附裝置。生命不息奮斗不止17西北農(nóng)林科技大學(xué)林學(xué)院林化092班改良土壤

從環(huán)境污染來看,土壤是藏垢納污之地,污染物來自：污水、廢水的排放;大氣中廢氣、雜物的沉降;固體垃圾、廢渣的堆積;農(nóng)藥、化肥的使用;有害微生物的存活等。以活性炭處理土壤,可發(fā)揮一定的作用如在除草劑中加人活性炭,可以防止雜草生長,有效而無害。活性炭以微生物金屬(例如銀、銅、鋅)化合物浸漬,然后經(jīng)有機(jī)硅烷處理,提供稻谷或菠菜生長之用,有增產(chǎn)之效。生命不息奮斗不止18西北農(nóng)林科技大學(xué)林學(xué)院林化092班在有機(jī)氣體回收上的應(yīng)用

有機(jī)溶劑在許多工業(yè)制造過程中都是必不少的,些溶劑極易揮發(fā),其蒸汽對(duì)人體健康有害,還有引起火災(zāi)和爆炸的危險(xiǎn),同時(shí)由于溶劑化,使生產(chǎn)成本增加。用活性炭吸附法來回收劑是目前較好的方法之一,其回收工藝比較簡單,由吸附、解吸、干燥及冷卻四個(gè)階段組成。含有溶劑蒸汽的空氣通過活性炭層時(shí),溶劑蒸汽被吸附,從吸附器內(nèi)排出的幾乎是純凈的空氣。飽和的活性炭可用水蒸氣再生,將解吸下來的溶劑蒸汽冷卻分離回收。生命不息奮斗不止19西北農(nóng)林科技大學(xué)林學(xué)院林化092班活性炭的臨床應(yīng)用

活性炭在藥物制劑中主要用來吸附雜質(zhì)、熱原以提高產(chǎn)品質(zhì)量,由于其具有強(qiáng)大的吸附作用,臨床上主要用于止瀉和防止毒物吸收,近年來活性炭的臨床新應(yīng)用不斷有報(bào)道,筆者就此進(jìn)行概述生命不息奮斗不止20西北農(nóng)林科技大學(xué)林學(xué)院林化092班活性炭在食品醫(yī)藥領(lǐng)域的應(yīng)用活性炭用于食品工業(yè)中絕大多數(shù)甜味劑、調(diào)味品、油脂、飲料的脫色精制，以除去色素、膠質(zhì)和其它雜質(zhì)?；钚蕴吭谝合辔街凶钤鐟?yīng)用于在糖類制品中的脫色精制，到目前為止，活性炭在這方面的應(yīng)用仍然具有廣闊的市場。生命不息奮斗不止21西北農(nóng)林科技大學(xué)林學(xué)院林化092班其他領(lǐng)域的應(yīng)用

氣體處理（吸附作用）能源環(huán)保醫(yī)療領(lǐng)域（藥物緩釋、解毒劑、降血脂、吸附膽紅素等）有機(jī)合成催化劑或催化劑載體化學(xué)防護(hù)領(lǐng)域（防毒面具、口罩、防毒衣和防毒門簾等）生命不息奮斗不止22西北農(nóng)林科技大學(xué)林學(xué)院林化092班應(yīng)用前景（1）針對(duì)未來化學(xué)戰(zhàn)爭使用毒劑的多樣性及未知性，研制可同時(shí)防護(hù)多種毒劑的活性炭浸漬材料；（2）針對(duì)六價(jià)鉻的致癌性，研制適用于高濕環(huán)境