活性炭国家专精特新“小巨人”企业活性炭产学研合作

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　　活性炭是具有主要由碳原子组成的复杂结构的碳质高度吸附介质。 活性炭中的孔网络是在无序碳原子层的刚性骨架内产生的通道，其通过化学键连接在一起，不均匀地堆叠，从而在碳层之间产生高孔多孔的结构，起裂，裂纹和缝隙。

　　活性炭由椰壳，泥炭，硬木和软木，褐煤，烟煤，橄榄坑和各种含碳特种材料制成。 化学活化或高温蒸汽激活机制用于从这些原料生产活性炭。

　　活性炭的晶格结构中的特有的孔隙结构在物质通过时拥有吸附机制从而在气态和液体中除去介质杂质。 这是活性炭性质的重要属性。

　　活性炭的吸附

　　活性炭吸附是将原子，离子和分子(被吸附物质)从气态，液态或溶液介质附着或附着到吸附剂上( 活性炭表面上)。 活性炭的孔隙率提供了可以发生吸附的巨大比表面。 吸附发生在介质被吸附分子的孔中，这就是为什么将要试图吸附的分子与活性炭的孔径相匹配是非常重要的。 然后通过范德华力或其他吸引力将这些分子捕获在碳的内孔结构内，并积聚在固体表面上。

　　通常，1m3活性炭与0.3m3的内孔可以吸附30m3或更多的气体，即使以低浓度存在于载体中。

　　活性炭的两种吸附方式

　　物理吸附- 在此过程中，吸附物被称为范德华力或伦敦分散力的弱吸引力保持在孔壁的表面。

　　化学吸附- 这涉及相对较强的吸引力，吸附物之间的实际化学键和活性炭孔壁上的化学配合物。

　　活性炭的关键性质

　　比表面积- 通常，内比表面积越高，活性炭的有效性越高。 活性炭的表面积令人印象深刻，达500〜1500m2 / g甚至更高; 一勺活性炭容易等同于足球场的表面积。

　　在激活过程中，创建了这个巨大的表面积。 最常见的过程是蒸汽活化; 在大约1000℃时，蒸汽分子选择性地将炭孔化到碳化原料中，从而在碳质基体内产生许多孔。 在化学活化中，磷酸用于在较低的温度下建立这样的多孔体系。

　　总孔体积- 指活性炭颗粒内的所有孔隙空间。 以毫升/克(ml / g)表示，体积相对于体重。 一般来说，孔体积越高，效果越好。 然而，如果要吸附的分子的尺寸与孔径大小不一致，则不能利用一些孔体积。 总孔体积(TPV)因原料来源和活化方式的不同而不同。

　　孔半径-平均(平均)孔径，通常以埃计，通过活性炭类型不同。

　　孔体积分布- 每种类型的碳都有自己独特的孔径分布。 它们被称为微孔(小)，中孔(中)和大孔(大)。 用于吸附许多类型气体分子的碳是微孔的。 脱色最好的碳具有较高的中孔分布。

　　微孔r <1nm

　　介孔r 1-25nm

　　大孔径> 25nm

　　nm =纳米

　　粒度和吸附动力学

　　较细的尺寸加速了吸附物进入孔的扩散速率，因此提高了动力学，但粉末的润湿性/过滤性，压降或颗粒的筛选问题是限制因素。 因此粒度范围和分布选择是一个妥协。

　　然而，对于圆柱形丸粒，碳具有更好的床料填充的优点，其消除了颗粒碳的一些缺陷，例如压降和筛选问题，但与不规则碳相比，较低的硬度和较高的成本可能是限制因素。

　　孔径分布等参数

　　关于目标吸附物的分子大小范围，孔径分布要求发生变化。 在金提取中，具有高微孔分布的碳将促进金 - 氰化合物的有效和有效的吸附。 如果要瞄准去除大的有色分子和污染物质，则具有较大分布的中孔和大孔的碳将是合适的。

　　所需的吸附能力和活性炭的纯度将取决于最终用途。 碳的硬度也需要早日进入比较研究。 这种方法已经为消费者带来好处，延长了使用寿命，更高的过滤效率，更少的再生周期，通过减少过滤器尺寸和重新激活设备的变化来节省硬件成本。

　　其他对活性炭性能的影响

　　除了孔径的物理性质外，表面氧基和表面的非极性还经常影响碳的吸附动力学和能力。 除了提高所选应用的吸附效率之外，还进行某些表面改性，表面处理和浸渍。

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