|
概述
|
活性炭是具有極大比表面積及很強(qiáng)吸附和脫色能力的一種炭素材料。在19世紀(jì)人們就利用它對糖、酒及水等進(jìn)行脫色、去味及凈化。骨炭用于水的過濾也有100多年的歷史，{dy}次世界大戰(zhàn)時(shí)開始用活性炭制作防毒面具。到20世紀(jì)90年代，在污水處理，有機(jī)溶劑的濃縮回收，空氣凈化及其他環(huán)境保護(hù)，黃金提取等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。
有機(jī)物在600～700℃炭化而殘留下來的炭素材料具有活性或活性化的能力。但這些炭素材料牢固地吸附著一些氣態(tài)碳?xì)浠衔锖推渌镔|(zhì)，降低了其活化能力需要提高炭化溫度到形成活性炭的臨界溫度以上。以使這些被吸附的氣態(tài)物質(zhì)分解，脫析。再以水蒸氣，二氧化碳等進(jìn)行活化提高活化能力達(dá)到工業(yè)應(yīng)用等級。
活性炭的吸附是由于內(nèi)部有豐富的微孔，即有很大的比表面積，因此，活性炭的制作要點(diǎn)是使用有機(jī)物在炭化及活化過程中生成盡可能多的微孔。
圖1 活性炭纖維的微孔
活性炭按其形狀可分為粉狀活性炭、顆粒活性炭及纖維狀活性炭?；钚蕴康脑嫌校?1)植物類：木材，鋸木屑，果殼(包括椰殼，山楂核，稻殼等)，纖維素，木質(zhì)素及紙漿殘?jiān)取?2)動(dòng)物類：各種動(dòng)物的骨骸。(3)礦物類：褐煤、泥炭、無煙煤及石油殘?jiān)取?4)化學(xué)類：聚丙烯腈，黏膠，酚醛等纖維。這些原料的共同點(diǎn)是在熱處理過程中發(fā)生固相炭化。
|
|
使用歷史
|
據(jù)埃及古書記載，遠(yuǎn)在公元前1550年以前炭就在醫(yī)學(xué)上應(yīng)用。在中國長沙馬王堆西漢墓(公元前190～前110年)中發(fā)掘出完好的女尸，木槨四周及上部填塞木炭，厚30～40厘米，約5 000多千克，這是對炭的吸附性能的應(yīng)用。在工業(yè)上生產(chǎn)活性炭，是從1900～1901年荷蘭科學(xué)家奧斯特利杰科(Raphaelvon Ostrejko)取得化學(xué)藥劑法和氣體活化法等的專利開始的。{dy}次世界大戰(zhàn)時(shí)，活性炭開始用于防毒面具，并且提出了zm的吸附理論，如毛細(xì)管凝聚理論，吸附等溫線和孔徑分布學(xué)說，單分子層和多分子層吸附理論等，這些理論研究加深了對活性炭的認(rèn)識(shí)，促進(jìn)了活性炭生產(chǎn)的發(fā)展和應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)大。到30年代，活性炭生產(chǎn)已成為一門工業(yè)，40年代后提出的活性炭孔隙分類法和以吸附勢理論為基礎(chǔ)的微孔充填理論都獲得實(shí)際的應(yīng)用。在中國1932年才開始研究活性炭的生產(chǎn)工藝，到50年代逐漸形成活性炭工業(yè)。
|
|
|
|
制造方法
|
活性炭的制造原理有物理法和化學(xué)法兩種，物理法是將原料在密封、無氧環(huán)境下加熱分解，氫及其他物質(zhì)揮發(fā)而留下炭，同時(shí)形成無數(shù)微孔，即炭化過程，炭化溫度{zg}可達(dá)1200℃，然后通水蒸氣或二氧化碳在弱氧環(huán)境下進(jìn)一步增加微孔，即活化過程，活化溫度一般在700～900℃，冷卻后即為活性炭。化學(xué)法是把原料預(yù)先和化學(xué)藥品加ZnCl2，HCl，F(xiàn)eCl3，H3PO3及H2SO4等充分混合攪拌，然后在較低的溫度如500～600℃進(jìn)行炭化，為提高比表面積，在炭化后再在水氣或二氧化碳?xì)夥障逻M(jìn)行活化。
|
|
氣體活化法
|
制造活性炭的主要設(shè)備是活化爐。在中國，氣體活化法常用鞍式爐，也有用多管爐、流態(tài)化爐和轉(zhuǎn)爐。美國還用多層爐等。鞍式爐(圖1)是由活化爐爐體、左右兩個(gè)蓄熱室和煙囪組成?；罨癄t爐體是用馬鞍形和其他異形耐火磚砌成的有許多活化道的方形爐(圖2)，分為左右兩個(gè)半爐。原料炭裝入爐頂?shù)脑喜蹆?nèi)，借重力沿活化道緩慢下降，順序經(jīng)過預(yù)熱段、補(bǔ)充炭化段、活化段和冷卻段， {zh1}由下部卸出。用卸料的間隔時(shí)間長短來控制炭料的下降速度。水蒸氣活化劑送入左蓄熱室下部， 被預(yù)熱到1000～1100℃后送入左半爐，經(jīng)活化段與原料炭直接接觸使其活化。由于活化反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，使?fàn)t溫不斷下降?；罨玫降幕旌蠚怏w轉(zhuǎn)入右半爐，在爐子的不同位置上通入二次空氣， 使可燃?xì)怏w燃燒， 產(chǎn)生的熱量使?fàn)t溫上升，混合氣體使右半爐的木炭活化。逸出的高溫?zé)煹罋膺M(jìn)入右蓄熱室，使其中的格子磚加熱升溫后排入煙囪。每隔30分鐘將煙道、空氣和水蒸氣的閘閥切換一次，這時(shí)水蒸氣送入右蓄熱室按wq相反的方向流動(dòng)，這樣，可以使左右兩半爐交替升溫和降溫，經(jīng)常保持在活化需要的溫度范圍內(nèi)。正常的活化溫度為850～950℃。必須注意保持活化爐的正壓操作?；罨癄t卸出的活化料經(jīng)除砂、破碎、篩選、酸洗、水洗、脫水、干燥等后處理工序即可得活性炭成品。
圖2 鞍式爐結(jié)構(gòu)示意
1.預(yù)熱段; 2.補(bǔ)充炭化段; 3.上近煙道; 4.活化段; 5.上連煙道;6.中部煙道; 7.燃燒室; 8.蓄熱室; 9.格子磚層; 10.上遠(yuǎn)煙道;11.下遠(yuǎn)煙道; 12.冷卻段; 13.基礎(chǔ); 14.下料口; 15.加料槽
|
|
|
|
主要指標(biāo)
|
活性炭的主要指標(biāo)有：粒度、強(qiáng)度、水分、水容量、堆積密度、顆粒密度、真密度、比表面積、灰分等表征物理性質(zhì)的指標(biāo)和苯吸附率、slht活性等表征吸附性能的指標(biāo)。
低溫(400℃)活化的炭稱L-炭，高溫(900℃)活化的炭稱H-炭。H-炭必須在惰性氣氛中冷卻，否則會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)長-炭?；钚蕴康奈叫阅芘c氧化活化時(shí)氣體的化學(xué)性質(zhì)及其濃度、活化溫度、活化程度、活性炭中無機(jī)物組成及其含量等因素有關(guān)，主要取決于活化氣體性質(zhì)及活化溫度?；钚蕴康暮苛?、比表面積、灰分含量及其水懸浮液的pH值皆隨活化溫度的提高而增大?；罨瘻囟扔?，殘留的揮發(fā)物質(zhì)揮發(fā)愈wq，微孔結(jié)構(gòu)愈發(fā)達(dá)，比表面積和吸附活性愈大。隨炭中揮發(fā)物的去除，炭中的灰分含量增大?；钚蕴恐械幕曳种饕蒏2O、Na2O、CaO、MgO、Fe2O3、Al2O3、P2O5、SO3、Cl-等組成。灰分組成及其含量對炭的吸附活性有很大影響，一般可用鹽酸或氫氟酸浸泡再水洗的方法去除或降低活性炭的灰分?；钚蕴康幕曳趾颗c制取活性炭的原料有關(guān)?；钚蕴恐袣浜脱醯暮侩S活化溫度的升高而降低。
活性炭對酸或堿的吸附能力與其水懸浮液的pH值有關(guān)，使蒸餾水的pH值降低的活性炭對堿有較強(qiáng)的吸附能力;使蒸餾水的pH值上升的活性炭對酸有較強(qiáng)的吸附能力?；钚蕴康臋C(jī)械強(qiáng)度與制取活性炭的原料及炭化溫度有關(guān)，炭化溫度超過700℃時(shí)，其機(jī)械強(qiáng)度將顯著增大?；钚蕴砍龔V泛用于廢水凈化和分析化學(xué)等領(lǐng)域外，在化學(xué)選礦工藝中主要用于提取金銀。
|
|
應(yīng)用
|
活性炭的應(yīng)用范圍非常廣泛，它的應(yīng)用幾乎涉及國民經(jīng)濟(jì)各領(lǐng)域，在氣相吸附中，用于從廢氣中除去有害氣體，環(huán)境保護(hù)中的空氣凈化，回收溶劑，排煙脫硫，原子輻射的防護(hù)和除去原子能設(shè)施中逸出的核lb放射性物質(zhì)和放射性碘、氪、氙等。在液相吸附中，用于食品工業(yè)中的葡萄糖、飴糖、食糖、乳制品、食用油、果汁飲料、酒類、食品添加物如味精、檸檬酸、瓊脂、果膠和其他食品的精制凈化；醫(yī)藥工業(yè)中各種yw和針劑的凈化精制；化學(xué)工業(yè)中各種化學(xué)藥品、工業(yè)用油劑等的精制、凈化和回收；廢水處理，用水處理；合成纖維工業(yè)、石油精制等，以及用作催化劑和催化劑載體等。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，活性炭的品種及吸附能力將進(jìn)一步增多和提高，如最近開發(fā)研究高比表面積的活性炭，其表面積可達(dá)3000m2/g，活性炭的應(yīng)用范圍將更為廣大。
本信息由ChemicalBook的曉楠編輯整理。
|
|
毒性
|
ADI不作限制性規(guī)定(FAO/WHO，2001)。
ORAS(FDA，§240.361，§240.236，§240.401，2000)。
|
|
使用限量
|
FDA， §240.105l(2000)：葡萄酒0.9%，雪利酒0.25%；葡萄汁0.4%。 鑒別試驗(yàn)
取粉末試樣約3g，放入一盛有10mL5%稀鹽酸的帶有玻璃塞錐形燒瓶中，煮沸30s后，冷卻至室溫。加碘試液(TS-l24)100ml，加塞，強(qiáng)烈振搖30s。經(jīng)濾紙過濾，棄去一部分初濾液后，承接濾液50ml。另取碘試液10ml，加水至50ml作為參比液。試樣液應(yīng)不深于參比液，即表示試樣具有吸附作用。
取試樣于空氣中灼燒，應(yīng)有一氧化碳和二氧化碳揮發(fā)，并殘留灰分。
加熱至紅，緩慢燃燒而無火焰。
|
|
食品添加劑{zd0}允許使用量{zd0}允許殘留量標(biāo)準(zhǔn)
|
|
添加劑中文名稱
|
允許使用該種添加劑的食品中文名稱
|
添加劑功能
|
{zd0}允許使用量（g/kg）
|
{zd0}允許殘留量（g/kg）
|
|
活性炭
|
食品
|
食品工業(yè)用加工助劑
|
/
|
一般應(yīng)在制成{zh1}成品之前出去，有規(guī)定食品中殘留量的除外
|
|
|
化學(xué)性質(zhì)
|
黑色多孔性無味物質(zhì)，粒形可從圓柱形、粗顆粒到細(xì)粉末粒子，顆粒直徑一般為1~6mm，長度約為直徑的0.7～4倍?；蚓哂?~120目粒度的不規(guī)則顆粒。無臭、無味，不溶于水和有機(jī)溶劑。裝填密度約0.3～0.6g/ml，微孑L容積約0.6～0.8ml/g，比表面積約500~1500m2/g。對有機(jī)高分子物質(zhì)有很強(qiáng)的吸著力，故對液相中的微量成分，色素，臭氣物質(zhì)等均有很高的去除能力。最適用pH值為4.0～4.8，{zj0}溫度60~70℃。
|
|
用途
|
脫色劑；脫臭劑；除味劑；在食品生產(chǎn)中的凈化劑。廣泛用于蔗糖、葡萄糖、飴糖、油脂、果汁和葡萄酒等飲料的脫色凈化、膠體物質(zhì)的去除和水質(zhì)處理等。
GB 2760-96列為加工助劑。用量按生產(chǎn)需要而定。一般維持時(shí)間30min。
|
|
用途
|
用于變壓吸附分離空氣制取氮?dú)?/span>
|
|
用途
|
主要用于醫(yī)藥工業(yè)中的中西原藥、食品添加劑的脫色、提純、精制
|
|
用途
|
適用于釀造業(yè)、食用油、食品添加劑生產(chǎn)的脫色、除臭，對焦糖、糖蜜等高分子色素具有特殊的脫色能力
|
|
用途
|
可用于脫硫、凈化水、凈化空氣、回收溶劑、吸附和作為催化劑載體等
|
|
用途
|
用于在煤氣、焦?fàn)t氣、天然氣、二氧化碳和變換氣中脫除硫化氫
|
|
用途
|
用于空氣過濾、凈化、去除有害氣體等
|
|
用途
|
主要用于食品、飲料、醫(yī)藥和高純飲用水的除臭、除氯及液體脫色，還廣泛用于化學(xué)工業(yè)的溶劑回收和氣體分離等
|
|
用途
|
廣泛用于工業(yè)用水、生活用水的前置處理和化工、印染、電子、焦化、環(huán)保等工業(yè)污水的深度凈化處理
|
|
用途
|
廣泛用于甲苯、二甲苯、醚、乙醇、丙酮、汽油、三氯丙烷和slht等有機(jī)溶劑回收
|
|
用途
|
用于吸附氣相、液相有害物質(zhì)，脫除各種有機(jī)蒸汽、濾除有害氣體及空氣中的臭味等
|
|
用途
|
有針劑用活性炭、氣相吸附用活性炭、溶劑回收活性炭等，可用于脫硫、凈化水、凈化空氣、回收溶劑、吸附、催化劑和作為催化劑載體等。
|
