活性碳

活性碳是一種用途極廣的工業吸附劑，它是利用木炭、各種果殼和優質煤等作為原料，通過物理和化學方法對原料進行破碎、過篩、催化劑活化、漂洗、烘乾和篩選等一系列工序加工製造而成。活性碳自1900年問世以來，其應用歷程當中經歷了兩件大事，一是在20世紀20年代第一次世界大戰中被用於製造防毒面具；二是在20世紀40年代數以百計的自來水廠用活性碳脱臭。活性碳的吸附性源於其獨特的分子構造，活性碳的內部有很多孔隙，每克活性碳的內部孔隙如果鋪展開來可達到500～1700平方米，正是這種獨特的內部構造，使得活性碳具有優異的吸附能力，活性碳的應用非常廣泛，比如：糖的脱色，軍用防毒面具，香煙過濾嘴，空氣淨化器，自來水廠水處理，飲用水淨化，解毒，醒酒，治理放射元素污染，降低土壤中殘留農藥，調理土壤性能，治理室內甲醛，蔬菜保鮮，等等。

由於原料來源、製造方法、外觀形狀和應用場合不同，活性碳的種類很多，到目前為止尚無精確的統計材料，大約有上千個品種。

1. 木質活性碳

2. 獸骨、血碳

3. 礦物質原料活性碳

4. 其它原料的活性碳

5. 再生活性碳

1. 化學法活性碳（化學碳）

2. 物理法活性碳

3. 化學–物理法或物理–化學法活性碳

1. 粉狀活性碳

2. 顆粒活性碳

3. 不定型顆料活性碳

4. 圓柱形活性碳

5. 球形活性碳

6. 其它形狀的活性碳

1.粉狀活性碳（Powdered activated carbon, PAC）

2.顆粒活性碳（Granular activated carbon, GAC）

3.成形活性碳（Extruded activated carbon, EAC ）

——圓柱形活性碳

——球形活性碳（Bead activated carbon, BAC）

4.活性碳纖維

5.蜂窩活性碳

6.其它形狀的活性碳

大孔 孔徑>500A°

過渡孔 孔徑20 ～500A°

微孔 孔徑 < 20A°（活性碳的表面積主要是由微孔提供的） ^[1] 

活性炭吸附法是利用多孔性的活性炭，使水中一種或多種物質被吸附在活性炭表面而去除的方法，去除對象包括溶解性的有機物質，合成洗滌劑、微生物、病毒和一定量的重金屬，並能夠脱色、除臭、空氣淨化。

活性炭、磺化煤、沸石、焦炭等都是水處理常用的吸附劑，活性炭經過活化後碳晶格形成形狀和大小不一的發達細孔，大大增加比表面積，提高吸附能力。活性炭的細孔有效半徑一般為1-10000nm，小孔半徑在2nm以下，過渡孔半徑一般為2-100nm，大孔半徑為100-10000nm。小孔容積一般為0.15-0.90mL/g，過渡孔面積一般為0.02-0.10mL/g； 大孔容積一般為0.2-0.5mL/g。

活性炭是一種很細小的炭粒，有很大的表面積，而且炭粒中還有更細小的孔——毛細管。這種毛細管具有很強的吸附能力，由於炭粒的表面積很大，所以能與氣體（雜質）充分接觸。當這些氣體（雜質）碰到毛細管被吸附，起淨化作用。活性炭的表面積研究是非常重要的，活性炭的比表面積檢測數據只有採用BET方法檢測出來的結果才是真實可靠的，國內有很多儀器只能做直接對比法的檢測。現階段國內外比表面積測試統一採用多點BET法，國內外製定出來的比表面積測定標準都是以BET測試方法為基礎的，請參看中國國家標準(GB/T 19587-2004)-氣體吸附BET原理測定固態物質比表面積的方法。

比表面積檢測其實是比較耗費時間的工作，由於樣品吸附能力的不同，有些樣品的測試可能需要耗費一整天的時間，如果測試過程沒有實現完全自動化，那測試人員就時刻都不能離開，並且要高度集中，觀察儀表盤，操控旋鈕，稍不留神就會導致測試過程的失敗，這會浪費測試人員很多的寶貴時間。F-Sorb 2400比表面積測試儀是真正能夠實現BET法檢測功能的儀器（兼備直接對比法） ，更重要的F-Sorb 2400比表面積測試儀是迄今為止國內唯一完全自動化智能化的比表面積檢測設備，其測試結果與國際一致性很高，穩定性也很好，同時減少人為誤差，提高測試結果精確性。

活性炭的吸附除了物理吸附，還有化學吸附。活性炭的吸附性既取決於孔隙結構，又取決於化學組成。

活性炭不僅含碳 ，而且含少量的化學結合、功能團開工的氧和氫，例如羰基、羧基、酚類、內酯類、醌類、醚類。這些表面上含有的氧化物和絡合物，有些來自原料的衍生物，有些是在活化時、活化後由空氣或水蒸氣的作用而生成。有時還會生成表面硫化物和氯化物。在活化中原料所含礦物質集中到活性炭裏成為灰分，灰分的主要成分是鹼金屬和鹼土金屬的鹽類，如碳酸鹽和磷酸鹽等。

⑴粒度：採用一套標準篩篩分法，求出留在和通過每隻篩子的活性炭重量，表示粒度分佈。

⑵靜觀密度或堆密度：應是孔隙容積和顆粒間空隙容積的單位體積活性炭的重量。

⑶體積密度和顆粒密度：應是孔隙容積而不應是顆粒間空隙容積的單位體積活性炭的重量。

⑷強度：即活性炭的耐破碎性。

⑸耐磨性：即耐磨損或抗磨擦的性能。

這些機械性質直接影響活性炭應用，例如：密度影響容器大小；粉炭粗細影響過濾；粒炭粒度分佈影響流體阻力和壓降；破碎性影響活性炭使用壽命和廢炭再生。 ^[2] 

主要活化方法：

活性炭的吸附性減弱後，可以再生。把活性炭置於容器裏，通入一定壓力的水蒸氣，然後在一定量氧氣存在下，加熱到400 ℃，以除掉表面上的吸附物質。 ^[3] 

活性炭吸附廣泛應用於在城市污水處理、飲用水及工業廢水處理。

顆粒活性炭常常應用於吸附分子，顆粒活性炭吸附性決定應用性，而吸附性和各種炭型的孔大小分佈相關。以水蒸氣活化的泥煤基、 褐煤基和椰殼基粉狀活性炭為例：泥煤基活性炭具有微孔和中孔，顆粒活性炭可供多種應用；褐煤基炭具中孔較多，顆粒活性炭而且還有較大的中孔，提供優良的可入性；椰殼基顆粒活性炭中主要是微孔，僅適用於低分子的去除。

利用化學品活化的顆粒活性炭是非常多孔的，多在微孔和中孔範圍，但是，比較水蒸氣活化的活性炭、化學品活化的活性炭的孔表面是較少疏水性和較多負電荷。以擠壓型和破碎型粒狀活性炭為例：泥煤基擠壓型活性炭能製成各種不同孔大小分佈的品種。顆粒活性炭微孔為主的品種主要用於氣相應用的黃金回收。既有微孔又有中孔的品種大都用於液相應用，如水純化中吸附小分子和大分子的雜質。

破碎型煤基顆粒活性炭兼有微孔和中孔，可供多種目的的應用。褐煤基或椰殼基的粒狀活性炭與粉狀炭一樣具有相同的微孔和中孔結構。活性炭的技術指標非常重要：活性炭產品的性能指標可分為物理性能指標、活性炭化學性能指標、顆粒活性炭吸附性能指標。三種性能指標對活性炭的選擇和應用都起到非常重要的作用。活性炭主要物理性能指標有：形狀、外觀、比表面積、孔容積、比重、目數、粒度、耐磨強度、漂浮率等。

顆粒活性炭主要化學性能指標有：PH值、灰分、水分、着火點、未炭化物、硫化物、氯化物、氰化物、硫酸鹽、酸溶物、醇溶物、鐵含量、鋅含量、鉛含量、砷含量、鈣鎂含量、重金屬含量、磷酸鹽等。活性炭主要吸附性能指標有：亞甲藍吸附值、碘吸附值、苯酚吸附值、四氯化碳吸附值、焦糖吸附值、硫酸奎寧吸附值、飽和硫容量、穿透硫容量、水容量、 氯乙烷蒸汽防護時間、ABS值等。

廢水中的一些有機物是難於為微生物或一般氧化法所氧化分解的，如酚、苯、石油及其產品、殺蟲劑、洗滌劑、合成染料、胺類化合物以及許多人工合成有機物，經生化處理後很難達到對排放要求較高的水體中排放的標準，也嚴重影響廢水的回用，因此需要深度處理。

由於活性炭對有機物的吸附能力大，在廢水深度處理中得到廣泛的應用，具有以下優點：

①處理程度高，城市污水用活性炭進行深度處理後，BOD可降低99%，TOC可降到1～3mg/L。

②應用範圍廣，對廢水中絕大多數有機物都有效，包括微生物難於降解的有機物。

③適應性強，對水量及有機物負荷的變動有較強的適應性能，可得到穩定的處理效果。

④粒狀炭可進行再生重複使用，被吸附的有機物在再生過程中被燒掉，不產生污泥。

⑤可回收有用物質，例如用活性炭處理含酚廢水，用鹼再生吸附飽和的活性炭，可以回收酚鈉鹽。

⑥設備緊湊、管理方便。

活性炭吸附是建立在 常規給水處理基礎上，一般設置在砂過濾之後，也可與砂濾料組成雙層濾料過濾或以活性炭過濾代替砂過濾。

在利用活性炭吸附進行飲用水深度處理的過程中，發現在活性炭濾料上生長有大量的微生物，使出水水質提高且再生延長，於是發展了一種經濟有效的去除水中的微污染物質的生物活性炭工藝，流程為原水—（加入混凝劑）—澄清—過濾（加入臭氧）再利用活性炭吸附，最後是出水。

1.空氣淨化：用活性炭擺放在室內有效的吸收空氣中含有的甲醛\二甲苯等

2.有害物質（如甲醛） ^[4] 

3.傢俱去異味：活性炭可適用於新買的傢俱放於櫥櫃\抽屜\冰箱中，也可放在鞋子裏面除臭味。

4.汽車除味：新車一般都含有很多的有害物質\難聞刺鼻的氣味，用活性炭可以有效的去除。

1、空氣淨化

2、污水處理場排氣吸附

3、飲料水處理

4、電廠水預處理

5、廢水回收前處理

6、生物法污水處理

7、有毒廢水處理

8、石化無鹼脱硫醇

9、溶劑回收

10、化工催化劑載體

11、濾毒罐

12、黃金提取

13、化工品儲存排氣淨化

14、製糖、酒類、味精醫藥、食品精製、脱色

15、乙烯脱鹽水填料

16、汽車尾氣淨化

17、PTA氧化裝置淨化氣體

18、印刷油墨的除雜

19、甲烷制氫活性碳

20、電解鎳的提取

21、氨基酸的提取 ^[5]