1、,主 講,組 員,常用吸附劑-活性炭,膠體與表面化學(xué),目錄,1,2,3,4,簡介,制備工藝流程,性能特點(diǎn),應(yīng)用實例,簡介,活性炭又稱活性炭黑。是黑色粉末狀或顆粒狀的無定形碳?；钚蕴恐鞒煞殖颂家酝膺€有氧、氫等元素?；钚蕴吭诮Y(jié)構(gòu)上，由于微晶碳是不規(guī)則排列，在交叉連接之間有細(xì)孔，活化時會產(chǎn)生碳組織缺陷，因此它是一種多孔性含碳物質(zhì)，具有很強(qiáng)的吸附能力。它不僅可以作為吸附劑，還可以作為脫色劑和催化劑載體，使它在化學(xué)工業(yè)、國防工業(yè)、環(huán)境保護(hù)、食品工業(yè)等方面得到了廣泛的應(yīng)用。,簡介,活性炭的種類,由于原料來源、制造方法、外觀形狀和應(yīng)用場合不同，活性炭的種類很多，到目前為止尚無精確的統(tǒng)計，大約有上千個品種。

2、,按原料來源分：1. 木質(zhì)活性炭 2. 獸骨活性炭 3. 礦物質(zhì)原料活性炭 4.再生活性炭 5.其它原料的活性炭 按制造方法分：1. 化學(xué)法活性炭（化學(xué)炭） 2. 物理法活性炭（物理炭） 3.化學(xué)物理法活性炭 按外觀形狀分：1. 粉狀活性炭 2. 顆?；钚蕴?3. 不定型顆料活性炭 4. 圓柱形活性炭 5. 球形活性炭 6. 其它形狀的活性炭 按孔徑大小分：1.大孔（孔徑500A） 2.過渡孔（孔徑20 A 500A） 3.微孔 （孔徑 20A）,簡介,生活中常見的活性炭,木質(zhì)活性炭 ：以木屑、木炭等 制成的活性炭,果殼活性炭：以椰子殼、核桃殼、杏核 殼等制成的活性炭,簡介,煤質(zhì)活性炭：以褐煤

3、、泥煤、煙煤、 無煙煤等制成的活性炭,再生活性炭 ：以用過的廢炭為原料，進(jìn)行 再活化處理的再生活性炭,制備工藝流程,活性炭的制備主要包括炭化和活化兩個階段。 2.1、炭化 所謂炭化就是把有機(jī)原料在隔絕空氣的條件下加熱以減少非碳成分，制出適合于后一步活化反應(yīng)的碳質(zhì)材料。炭化通常都在1000以下進(jìn)行，有下面3個階段。 在400 以下，發(fā)生脫水，脫酸等一次分解反應(yīng)，但炭中還殘存O結(jié)合 在400-700 ，O 結(jié)合被破環(huán)，氧以H2O，CO，CO2等形式析出而芳核間的結(jié)合開始形成。 脫氫，芳核間大量產(chǎn)生并直接結(jié)合，形成二維平面結(jié)構(gòu)的中間物，同時結(jié)合 上CH2 ，形成三維立體結(jié)構(gòu)。,制備工藝流程,2.1.

4、1、炭化主要目的,（1）排除成型料中的揮發(fā)份及水分； （2）提高炭化料強(qiáng)度，煤焦油中的瀝青成分形成了基本骨架； （3）使炭顆粒形成初步孔隙。,2.1.2、溫度對炭化的影響,炭化溫度直接影響炭化產(chǎn)物的孔隙結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度。溫度過低炭化產(chǎn)物無法形成足夠的機(jī)械強(qiáng)度，溫度過高則會促使炭化產(chǎn)物中的石墨微晶有序變化，減少微晶之間的空隙，影響活化造孔過程。,制備工藝流程,2、活化,所謂活化就是賦予炭顆?；钚裕固啃纬啥嗫椎奈⒕ЫY(jié)構(gòu)，具有發(fā)達(dá)的表面積的過程?；罨椒ㄍǔＳ腥N，即化學(xué)藥品活化法、物理化學(xué)聯(lián)合活化法和物理活化法 （1）化學(xué)藥品活化法 即將含碳原料與化學(xué)藥品活化劑混捏，然后炭化、活化制取活性炭。藥品有Z

5、nCl2,H3PO4,K2SO4及K2S等。 （2）物理化學(xué)聯(lián)合活化法 一般先進(jìn)行化學(xué)藥品活化，然后進(jìn)行物理活化。由物理活化法特別是用水蒸氣活化制成的產(chǎn)品，微孔發(fā)達(dá)，對氣相物質(zhì)有很好的吸附力；由化學(xué)藥品活化法制得的活性炭次微孔發(fā)達(dá)，多用于液相吸附。 （3）物理活化法（氣體活化法） 在活化過程中通入氣體活化劑如二氧化碳，水蒸氣，空氣等。,制備工藝流程,2.2.1、影響炭活化的主要因素,(1) 活化溫度的影響 活化是炭和活化劑在高溫下進(jìn)行的反應(yīng)。隨著溫度的升高，反應(yīng)速度加快，活化速率加大，但是太高易造成不均勻活化。在不同的活化溫度下，生產(chǎn)的活性炭孔結(jié)構(gòu)不同?；罨瘻囟冗^高，微孔減少，吸附力下降。一般

6、水蒸氣活化法的活化溫度控制在800-950，煙道氣的活化溫度控制在900-950，空氣的活化溫度控制在600左右。,制備工藝流程,炭的氣化燃燒反應(yīng)的相對速度(800,10.1KPa) 在相同的溫度下，不同的活化劑化學(xué)性質(zhì)不同，它與炭的反應(yīng)速度也不同。從上表中可以看出空氣、水蒸氣和二氧化碳活化的相對速度對比。如炭和氧的反應(yīng)速度較快，活化溫度只需600左右即可；而用水蒸氣則需800-950。但由于水蒸氣能充分地擴(kuò)散到炭的微孔內(nèi)，使活化反應(yīng)能在整個炭顆粒內(nèi)均勻進(jìn)行，所以得到比表面積大、吸附能力強(qiáng)的活性炭?？偟恼J(rèn)為，CO2和水蒸汽作為活化劑活化的效果較好。,(2)活化劑種類對活化過程的影響,制備工藝流

7、程,（3）原料煤性質(zhì)的影響 不同的煤種，含碳量、含氧量、含氫量都不同，煤的化學(xué)結(jié)構(gòu)也不同，所以炭化后得到的半焦特性也不同。在一定溫度下，對活化劑反應(yīng)的速率也不盡相同。因此，原料煤不同，選用的活化生產(chǎn)工藝略有不同。無煙煤為原料的活化溫度可比煙煤的活化溫度高20-30。 （4）炭化溫度的影響 煤的炭化溫度直接影響炭化料的孔隙結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度，從而影響半焦的性質(zhì)，尤其是最終溫度。炭化終溫過高，會造成炭化料表面收縮形成易石墨化炭層，造成活化難度增加。,制備工藝流程,(5) 活化劑流速及濃度的影響 活化劑的流速大，它與炭反應(yīng)速率增加，使燒失率增加，產(chǎn)生不均勻活化，導(dǎo)致微孔減少?；罨瘎┝魉俚蜁r，孔容積反而增加，

8、因此活化劑適當(dāng)?shù)牧魉偈潜ＷC活性炭質(zhì)量的因素之一。 下表是水蒸氣用量與活化時間的關(guān)系。以水蒸氣為活化劑，在一定溫度下水蒸氣的用量大，可以縮短活化時間，但在不同的溫度下，縮短的活化時間不同。經(jīng)過試驗數(shù)據(jù)，活化溫度在850增加到930時，CO2的濃度可提高一倍。CO2作為活化介質(zhì)，其濃度提高可加快反應(yīng)速度。,制備工藝流程,(6)炭化料灰分的影響 炭化料中無機(jī)成分在炭化和活化過程中，大部分轉(zhuǎn)化為灰分，它是影響活性炭強(qiáng)度主要因素，在灰分與碳接觸的界面上，灰分會造成裂紋，影響活性炭的強(qiáng)度。無機(jī)物中的堿金屬，銅，鐵等氧化物和碳酸鹽，對碳和水蒸氣的反應(yīng)有催化作用，因此，在炭化料中加入少量的鈷、鐵、釩、鎳等氧化

9、物，可加速碳與水蒸氣的反應(yīng)。 (7) 炭粒度的影響 炭顆粒小，活化速度快，這是顯而易見的道理。粒度過大，活化反應(yīng)受活化劑在炭顆粒內(nèi)擴(kuò)散速度的影響，活化劑與炭的接觸面積小，會發(fā)生顆粒外部已燒失，而內(nèi)部還未活化的現(xiàn)象。顆粒過小，活化氣流通過阻力加大，也達(dá)不到均勻活化的目的，因此炭粒的粒度直接影響活化速度和活化均勻程度，炭的粒度要均勻。在反應(yīng)過程中，炭粒度逐漸變小，有利于活化，但灰分附在炭顆粒外表面，會影響活化劑的作用。,制備工藝流程,2.3、活性炭的生產(chǎn)工藝流程圖,以太西無煙煤作為主原料為例。原料煤入廠后，被粉碎到一定細(xì)度（一般為200目），然后配入適量黏結(jié)劑（一般為煤焦油）在混捏設(shè)備中混合均勻，

10、然后在一定壓力下用一定直徑模具擠壓成炭條，炭條經(jīng)炭化、活化后，經(jīng)篩分、包裝制成成品活性炭,性能特點(diǎn),性能特點(diǎn),吸附特性,催化劑載體,可再生性,C,性能特點(diǎn),活性炭的吸附特性主要依靠兩個方面： 自身獨(dú)特的孔隙結(jié)構(gòu) 分子之間相互吸附的作用力。 而自身獨(dú)特的空隙結(jié)構(gòu)是活性炭具有吸附特性的主要原因。,吸附特性,性能特點(diǎn),因為活性炭內(nèi)部孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)達(dá)，,有很大的表面積,而且炭粒中還有更細(xì)小的孔-毛細(xì)管.這種毛細(xì)管具有很強(qiáng)的吸附能力,由于炭粒的表面積很大, 能與氣體(雜質(zhì))充分接觸,當(dāng)這些氣體(雜質(zhì))碰到毛細(xì)管就被吸附,所以活性炭有著很強(qiáng)的吸附特性。,自身獨(dú)特的孔隙結(jié)構(gòu),性能特點(diǎn),因為分子之間擁有相互吸引的

11、作用力，就象磁力一樣，所有的分子之間都具有相互引力。正因為如此，活性炭孔壁上的大量的分子可以產(chǎn)生強(qiáng)大的引力，從而達(dá)到將有害的雜質(zhì)吸引到孔徑中的目的，直到添滿活性炭內(nèi)孔隙為止,分子之間相互吸附的作用力,性能特點(diǎn),催化劑載體特性,由于活性炭具有發(fā)達(dá)的細(xì)孔結(jié)構(gòu)、巨大的內(nèi)表面積和很好的耐熱性、耐酸性、耐堿性，可作為催化劑的載體。例如，有機(jī)化學(xué)中加氫、脫氫環(huán)化、異構(gòu)化等的反應(yīng)中，活性炭是鉑、鈀催化劑的優(yōu)良載體。以活性炭作為催化劑載體的作用： 分散作用 多相催化是一種界面現(xiàn)象，因此要求催化劑的活性組分具有足夠的表面積，這就需要提高活性組分的分散度，使其處于微米級和原子級的分散狀態(tài)。載體可以分散活性組分為很

12、小的粒子，并保持其穩(wěn)定性。 穩(wěn)定化作用 載體可以對催化劑起到穩(wěn)定化作用，防止活性組分的微晶發(fā)生半熔或再結(jié)晶。 支撐作用 載體可賦予固體催化劑一定的形狀和大小，使之符合工業(yè)反應(yīng)對其流體力學(xué)條件的要求 傳熱和稀釋作用 對強(qiáng)放熱或強(qiáng)吸熱反應(yīng)，通過選用導(dǎo)熱性好的催化劑載體，可以及時移走反應(yīng)熱量，防止催化劑表面溫度過高。 助催化作用 載體除上述物理作用外，還有化學(xué)作用。載體和活性組分或助催化劑產(chǎn)生化學(xué)作用會導(dǎo)致催化劑的活性、選擇性和穩(wěn)定性發(fā)生變化。,性能特點(diǎn),活性炭在環(huán)境保護(hù)，工業(yè)與民用方面己被大量使用，并且取得了相當(dāng)?shù)某尚?，然而活性炭在吸附飽合被更換后，若使用單位均將其廢棄，掩埋或燒掉，會造成資源的浪

13、費(fèi)和對環(huán)境的再污染。因此活性炭的可再生性具有格外重要的意義?；钚蕴课绞且粋€物理過程，可以采用高溫蒸汽將使用過的活性炭內(nèi)之雜質(zhì)進(jìn)行脫附，并使其恢復(fù)原有之活性，以達(dá)到重復(fù)使用的目的，具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益。再生后的活性炭其用途仍可連續(xù)重復(fù)使用及再生。但每次再生約損耗510 ，且吸附容量也會逐次減少,可再生性,應(yīng)用實例,活性炭作為優(yōu)良的吸附劑，常用于水體凈化、空氣的凈化、工業(yè)廢氣回收、貴重金屬的回收及提煉等。其應(yīng)用范圍涉及化學(xué)工業(yè)、食品加工、醫(yī)療衛(wèi)生、農(nóng)業(yè)、國防等領(lǐng)域、催化及電化學(xué)電源，在環(huán)境保護(hù)和人類生活中起著重要作用,應(yīng)用實例,活性炭在液相中主要用于包括水處理、食品工業(yè)脫色及貴金屬回收等。其中，水

14、處理主要應(yīng)用在飲用水的凈化、廢水處理、工業(yè)用水處理這三大方面。,活性炭在氣相吸附中的應(yīng)用主要包煙道氣、工業(yè)廢氣的處理和凈化、生活空氣凈化、油氣回收及毒氣防護(hù)等。,活性炭本身就具有催化活性，一般可單獨(dú)作為催化劑使用。 也可以作為催化劑載體，負(fù)載活性離子。此外，活性炭還可用于土壤的污染治理、儲氫、作為新型儲能器件的電極材等。,在液相吸附中的 應(yīng)用,在氣相吸附中的應(yīng)用,在催化方面的應(yīng)用,應(yīng)用實例,球形活性炭是20世紀(jì)70年代后期由日本、美國、聯(lián)邦德國和蘇聯(lián)等工業(yè)發(fā)達(dá)的國家研制開發(fā)成功的一種高檔活性炭新品種，80年代后后期逐漸進(jìn)入工業(yè)化階段。 球形活性炭具有均勻的球形外表，表面光滑、力學(xué)強(qiáng)度高、比表面

15、積大、耐磨損、耐腐蝕，長期使用掉屑少，產(chǎn)品雜質(zhì)含量低等優(yōu)點(diǎn)。 日本大阪瓦斯公司以中間相瀝青為原料微球為原料，以KOH為活化劑，制的比表面積高達(dá)30004600m2g的超高比表面積活性炭微球。 制備球型活性炭的原料有：煤、高分子和瀝青。,（一）活性炭微球,應(yīng)用實例,制備工藝流程如下：,煤瀝青或石油渣油,高軟化點(diǎn)瀝青,瀝青球,不熔化 瀝青球,球型活性炭,調(diào)制,球形化,添加劑,不熔化,氧化介質(zhì) 250400,碳化，活化,N2+活化劑，900,制備方法：壓條成球法、介質(zhì)分散法、噴霧法、反響乳液法和熱縮聚法、乳液法、懸浮法等。,應(yīng)用：化工，石化，醫(yī)藥、防毒防護(hù)、能源環(huán)保等領(lǐng)域。,應(yīng)用實例,（二）活性炭納米管,活性炭納米管可以看成是單層或多層石墨片層卷曲而成的無縫中空管狀結(jié)構(gòu)。因此，具有管狀孔隙、層間孔隙等。此外，還具有表面原子密度大，比表面積大，孔結(jié)構(gòu)和表面結(jié)構(gòu)可修飾等特點(diǎn)。 這些特點(diǎn)使其在催化劑載體、儲氫材料、超級電容、鋰離子二次電池和隱形材料等領(lǐng)域都得到廣泛的研究。 制備方法：氣相氧化法、液相氧化法和固相氧化法。 無論那一種方法，都