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    常用工業吸附劑詳解-活性炭

    目前工業上常用的吸附劑主要有活性炭、活性氧化鋁、硅膠和分子篩。這里也附帶介紹幾種其他吸附劑和吸附劑浸漬(改性)。

    根據市場使用情況以及大家的關注點,小萌打算為大家詳解3種,2篇文章,此文為第一篇文章,由于活性炭是工業及環境保護上最常用的吸附劑,所以在這里重點介紹一下。

    (一)活性炭的種類 

    活性炭是許多具有吸附性能的碳基物質的總稱?;钚蕴糠N類較多,按原料來源主要分為三大類∶煤質炭、果殼類和木質類。世界各國生產的活性炭品種多達數千種,其中許多品種為專用炭,如用于脫色、脫臭和脫除有害組分的制藥、制糖、味精、冶金、化工和環保等用炭。以用于從氰化浸出礦漿中吸附回收金、銀的專用椰殼炭而言,現今各國也有幾十個牌號。

    活性炭的原料是幾乎所有的含碳物質,如煤、木材、骨頭、果核、堅硬的果殼(如椰殼、核桃殼等),以及廢紙漿、廢樹脂等,將這些含碳物質在低于878K下進行炭化,再用水蒸氣或熱空氣進行活化處理,還有用氯化鋅、氯化鎂、氯化鈣、磷酸來代替熱蒸汽作活化劑的?;钚蕴拷涍^活化處理,比表面積一般可達700~1000m2/g,具有優異和廣泛的吸附能力。炭分子篩是新近開發的一種孔徑均一的分子篩型活性炭新品種,孔徑一般在100nm 以下,具有良好的選擇性吸附能力。

    普通活性炭又分為顆粒狀活性炭(粒炭)、蜂窩活性炭和粉狀活性炭(粉炭),氣體吸附多用粒炭或蜂窩炭,因其阻力小,而粉炭多用于水處理和液體的脫色處理。

     

    近年來出現的活性碳纖維,是一種新型的高性能活性炭吸附材料,它是利用超細纖維如黏膠絲、酚醛纖維或腈綸纖維等制成氈狀、繩狀、布狀等,經高溫(1200K以上)炭化,用水蒸氣活化后制成的。

    黏膠纖維價格較低,酚醛纖維價格較高?;钚蕴祭w維的比表面積大,有的可高達2500m2/g,密度?。?~15kg/m2),微孔多而均勻。普通顆?;钚蕴靠讖讲痪?,除小孔外,還有0.01~0.1μm的中孔和0.5~5um的大孔,而活性碳纖維不但孔隙率較大,而且孔徑比較均一,絕大多數為0.0015~0.003μm的小孔和中孔,因而吸附容量大,而且,由于活性碳纖維的微孔直接通向外表面,吸附質分子內擴散距離較短,所以吸附和脫附速度高,殘留量少,因而使用壽命長。

    正是由于活性碳纖維具有這些結構特征,對各種無機和有機氣體、水溶液中的有機物、重金屬離子等具有較大的吸附容量和較快的吸附速度,其吸附能力比一般的顆?;钚蕴扛?/span>1~10倍,特別是對于一些惡臭物質的吸附量比顆?;钚蕴恳叱?0倍左右。

    (二)活性炭的性質 

    活性炭是一種非極性吸附劑,具有疏水性和親有機物的性質,它能吸附絕大部分有機氣體,如苯類、醛酮類、醇類、烴類等以及惡臭物質,因此,活性炭常被用來吸附和回收有機溶劑和處理惡臭物質。同時由于活性炭的孔徑范圍寬,即使對一些極性吸附質和一些特大分子的有機物質,仍然表現出了它的優良的吸附能力,如在 SO2、NO。、Cl2、HS、CO2等無機氣體治理中,有著廣泛的用途。因此,在吸附操作中,活性炭是一種首選的優良吸附劑。

    (三)活性炭的技術指標 

    在活性炭的諸多特性中,孔徑大小是一項重要指標。由于炭能吸附碘分子的孔徑最小為1.0nm,故碘值是衡量活性炭的一個重要指標。除此之外,活性炭必須具有小的孔徑、大的孔隙體積和很高的比表面積。此外,用于VOCs處理的活性炭還必須具有良好的耐磨性,能在惡劣的操作環境中,多次和長時間經受剪切、壓縮、碰撞等作用力而保持結構完整,和盡可能小的磨削損失。選擇活性炭的種類時,主要考慮炭質強度、吸附速度和吸附容量等。對其活性、孔徑、比表面積、孔容積等特點都有嚴格要求,選用原則取決于技術上適用、經濟上便宜及貨源上有保證。

    活性炭評價指標的意義如下:

    (1)碘值 

    碘值是表示有機化合物中不飽和程度的一種指標,指100g物質中所能吸附(加成)碘的質量數(g)。主要用于油脂、脂肪酸、蠟及聚酯類等物質的測定。不飽和程度越大,碘值越高?;钚蕴康牡庵凳侵富钚蕴吭谒芤褐形降牡獾牧?。碘值與直徑大于10A (1A=0.1nm)的孔隙表面積相關聯,碘值可以理解為總孔容的一個指示器。碘吸附值用來表示活性炭對液體物質的吸附能力。

    (2)糖蜜值 

    糖蜜值是測量活性炭在沸騰糖蜜溶液的相對脫色能力的方法。糖蜜值被解讀為孔直徑大于28A的表面積。因為糖蜜是多組分的混合物,必須嚴格按照說明測試本參數。糖蜜值是用活性炭標樣和要測試的活性炭的樣品處理糖蜜液,通過計算過濾物的光學密度的比率而得。糖蜜值代表活性炭對沸騰糖蜜溶液的相對脫色能力。

    (3)堆積密度 

    積密度是測量特定量炭的質量的方法。通過逐漸把活性炭添加到一個有刻度圓桶內至100ml,并測量其質量。該值被用于計算填充特定吸附裝置所需活性炭數量。簡單地說,堆積密度是活性炭每單位體積的質量。

    (4)顆粒密度 

    顆粒密度是每單位體積顆粒炭的質量,不包括顆粒以及大于0.1mm裂隙間的空間。顆粒密度是用水銀置換來測定的。實際上,顆粒密度也就是人們常說的真密度。

    (5)四氯化碳值 

    四氯化碳值是總孔容的指示器,是用飽和的0℃的CCl∶氣流通過25℃的炭床來測量的。在規定的時間間隔內,測量被吸附的CCl的質量直到樣品的質量變化可以忽略不計為止。苯和四氯化碳都是作為易吸附氣體的代表被用于對粒狀活性炭的吸附性能進行評價,它是衡量顆?;钚蕴繉σ孜綒怏w優劣的一把尺子。

    (6)亞甲藍值 

    亞甲藍值是指1.0g炭與1.0mg/L濃度的亞甲藍溶液達到平衡狀態時吸附的亞甲藍的毫克數。亞甲藍吸附值用來表示活性炭的脫色能力。?

    (7)硬度 

    硬度是測量活性炭機械強度的指標。質量的改變,用百分比表示。更確切地講,硬度值是指顆?;钚蕴吭?/span>RO-TAP儀器中對鋼球衰變運動的阻力。在炭與鋼球接觸過以后,通過利用篩子上的炭的質量來計算硬度值。

    (8)磨損值

    磨損值是測量活性炭耐磨阻力的指標。該實驗測量 MPD(磨損值)的變化,通過百分比來表示。顆?;钚蕴康哪p值說明顆粒在處理過程中降低顆粒的阻力。它是通過在RO-TAP機器中將炭樣品和鋼球接觸,測定最終的顆粒平均直徑與原始顆粒的平均直徑的比率來計算的。

    (9)烷值 

    丁烷值是飽和空氣與丁烷在特定溫度和特定壓力下通過炭床后,每單位質量的活性炭吸附的丁烷的量。

    (10)灰分 

    活性炭中包含無機物,通常是鋁和硅?;曳质茄心コ煞蹱畹奶荚?/span>954℃時燃燒3h的剩余殘渣。從技術角度看,灰分是活性炭礦物氧化物的組分。通常定義為在一定量的樣品被氧化后的質量百分比。

    (11)水分

    水分是測量炭所含水的多少。用Dean-Stark trap和冷凝器,在二甲苯溶液中煮沸活性炭來測量水分。為了測試水分,水被冷凝和截留在待測定臂狀容器內?;钚蕴康乃恳部梢酝ㄟ^在150℃下烘干3h后活性炭質量的改變來測定。水分是活性炭中被吸附的水的質量的百分比。對于不同用途的活性炭,時常用不同的物質和方法來檢驗其性能。

     

     

     

     

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