关于活性炭
的介绍（二）
前言
活性炭是众多工业吸附剂中的一种，是一种多功能性吸附剂。它是由80%以上的固定碳，以及少量的氧、硫、氮、氢等非金属元素，和数量、组成不等的金属及非金属氧化物或金属盐类共同组成的一种以乱排的有机石墨状二元结晶结构为主，夹杂少量无机矿物质的非纯碳材料。本文简要介绍活性炭的制造方法及应用领域，活性炭的作用及功效将在之后的文章进行详细介绍。
活性炭的制造方法
以下内容为活性炭制造的一些原则性、通用性的工艺环节。
化学活化法活性炭的一般性制造方法
1、原料准备
将含碳原料进行预先处理，处理方法可能包括烘干、去杂、破碎、
制粉、甚至预先氧化处理等过程中的一项或多项。同时准备符合质量要求的化学药剂，若为直接使用固体药剂时（如使用氢氧化钾、氢氧化钠等），仅需将原料破碎至一定块度即可，若以溶液状态使用时，则需将化学药剂与溶剂（多采用蒸馏水或去离子水）配制成一定浓度的化学溶液，有时不仅要控制溶液的浓度，还要控制溶液的比重甚至电离系数。
2、原料混合
将含碳原料和化学药剂（固体或溶液状）按比例混合，对于某些原料，混合后可能还要附加一个磨制工序，以使原料更充分地接触以利于后继工序化学反应的进行。
3、加热升温进行水解或氧化、
脱氢等化学反应
通常在400～1000℃温度范围内进行，且多采取惰性气体（多用氮气）保护，或机械方法隔绝空气来进行。有时还会采取程序升温工艺来获得某种特殊功能的活性炭产品。此工序结束后，可获得固定碳含量达80～95%的碳骨架与原料化学药剂的转化物（反应产物）、未反应的化学药剂混合在一起的产物，一般来说，这种混合产物极易燃烧，甚至会发生爆燃，需立刻进入后继工序进行处理以降低这种危险性。
4、浸提，去除活化剂及其反应产物
上述混合产物冷却后，一般用自来水反复浸洗（有时会在若干次水洗之后加入稀酸来提高活性炭的纯度），以彻底去除活化药剂及其反应产物，获得湿的活性炭产品。
5、后处理过程
可能的后处理工艺有：烘干、筛选；酸洗提纯；成型加工等。
气体活化法活性炭的一般性制造方法
1、原料准备工序
可能的原料准备工作包括下述工艺方法中的一种或几种：烘干、去
杂、破碎、筛选、氧化（化学药剂湿法氧化，或采用空气或富氧空气甚至纯氧进行热氧化处理）、磨粉、风选分级等。
2、成型工序
可能的成型方法有：挤条、滚球、重液成球、压片、压块、压丸、蜂窝成型、纺丝、中空成型等。
（蜂窝活性炭）
3、成型物氧化工序
多采用热空气强制氧化法，目的可能有：消熔胀、破粘、增加活化工序反应性、改性或表面修饰作用等。
4、炭化工序
既可以采取一步炭化法，也可以采取多程（如双程，炭化温度不同）炭化工艺。根据原料和目标产品的不同，炭化温度一般在350～1200℃之间取值。特殊地，如制造沥青微球炭或分子筛活性炭时，还需采取程序升温炭化工艺。
5、炭化料的后处理工序
有时，为了获得某些特殊功能的活性炭产品，炭化料可能会被以下工艺中的一种或几种进一步处理：提纯、添加化学药剂、强制氧化、强制脱氢等。
6、活化工序
炭化料在700～1500℃范围内与活化气体（水蒸汽、二氧化碳、氧气或空气）进行气化反应，部分非晶碳被烧蚀进入气相，从而形成孔隙结构。
7、活化料的后处理
通常的后处理工艺包括：破碎、筛选、磨粉、去杂提纯、二次成型、烘干、分级、包装等。
需特别指出的是，气体活化法制造活性炭时，上述工序中可能仅会用到几个，如原煤直接破碎炭产品就仅会采用原料准备、炭化、活化、后处理等工序，目前可工业化规模生产的活性炭品种还没有全部采用上述所有工序的先例。
活性炭的应用领域
作为一类功能性碳材料，活性炭的应用领域日益扩大。而且，随着对活性炭性能认识程度的加深，它的许多新功能被进一步发掘，应用领域近几年来呈加速拓展趋势，几乎渗透到所有的工业及生活领域中。
传统的应用领域
1、溶剂回收
如回收印刷工业用的二甲苯、甲苯、苯等溶剂；回收塑料和人造革工业的乙醇、丙酮、酯、醚等有机溶剂；磁带工厂中环已酮的回收；树脂加工厂中二氯甲烷的回收，等等。
2、空气净化
如电子、医药工业无菌车间的空气净化；复印机房、电脑房空气中臭氧的脱除；密闭空间空气中异嗅异味的脱除；冰箱中异味的去除，等等。
3、核生化防护
核辐射、生物战剂、化学战剂等均属大规模杀伤性武器，活性炭被添载了各种化学药剂后可对其进行有效防护；在民品工业存在有毒气体的环境中，活性炭或添载了化学药剂后的活性炭常被用作个体防护用品的关键部件；在2002年岁末和2003年初爆发的SARS危机中，添加了载银活性炭的特护面具起到了保护医护人员的作用。
（柱形活性炭）
4、自来水深度净化处理
实践证明，活性炭仍然是目前效果最好的深度净水产品，其用量近十年来呈几何倍数增长。有证据表明，未来的五年是国内自来水净化的快速增长期，对净水炭的需求将呈井喷式发展。
5、工业污水的深度净化处理
如印染废水的三级脱色、电镀废水的重金属离子脱除、造纸废水的净化回用、石化工业废水的COD脱除以达标排放等，活性炭被证明是最有效的深度净化材料之一。
6、生活污水的深度净化回用
由于城市生活污水的无序排放，其中的BOD、COD、VOC、TOC、NH3–N、NO3﹣–N、P、重金属等污染物对地表饮用水源的污染日益严重，我国的主要河流、湖泊水质恶化情况已非常严峻，为了缓解水资源危机，各主要城市的生活污水处理厂均将污水的深度净化回用工程列入日程，而活性炭吸附法是目前可选的深度净化技术之一。
7、医用活性炭
如血液净化、肾透析、口服溃疡治疗用活性炭、止血炭纱布、皮肤病外用炭药膏等。
8、用做催化剂及催化剂载体
如光气合成、由链烷烃制造链烯烃的脱氢反应、由环烷烃制造芳香烃的脱氢反应、氯乙烯单体的合成、醋酸乙烯单体的合成等反应过程的工业催化剂或载体。
最近新发展的应用领域
1、变压吸附技术气体分离、
提纯用活性炭产品
如用空气制造高纯氮、高纯氧、高纯氩气；从工业驰放气中回收高纯氢、CO、CO2等。
2、天然气吸附存贮
燃气型机动车是低排气污染型汽车，但采用液化天然气作燃料时，由于贮气罐为高压容器，一旦发生车祸，极可能发生剧烈爆炸引起更大的伤亡事故，经过国内外专家的不懈努力，已研发出了特殊的专用型天然气吸附存贮用活性炭产品，可将贮气罐的压力由几十个MPa降至5MPa左右，使其安全性提高了几百倍。
（超级电容活性炭）
3、工业烟道气的脱硫脱硝
火力发电厂排放的SOX和NOX是造成全球大气污染和酸雨的主要元凶，传统的石灰乳脱硫技术会造成水体污染，并非一种完美的环保技术。1986年，日本三井矿山株式会社率先研发成功活性炭干法DeSOXDeNOX技术，目前已发展成为最成功的环保技术之一，已在世界主要发达国家推广使用。预计到2010年，脱硫脱硝活性炭的世界需求量将达60～80万吨/年，成为最大宗的活性炭品种。
4、二恶英类气相污染物的除脱
二恶英类化合物是一大类含卤素有机物的总称，是近年来新发现的剧烈气相致癌物质，大量产生于城市垃圾焚烧装置的排放烟气中。荷兰Norit公司率先用泥煤和褐煤制造出专用型GL50和FGD两个系列粉末活性炭，可高效脱除二恶英类污染物，目前的应用已非常广泛。
5、双层电容器用活性炭
由于存在用电的高峰期问题，供电企业的稳定供电是一个传统的世界性难题，如果能在用电低谷时段将电能予以贮存，而在高峰时自动释放，就可以使电网实现智能化自动调节。经过反复研究，目前已发现某种特制的活性炭具有这种功能，某发达国家已制造了一台巨大的双层电容器，其中装填了上千吨这种活性炭做电极材料，试运行结果证实，其贮存/释放电荷的能力可以达到预期效果。
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来源：文图来自网络，湖北宸扬收集整理，如有侵权，请告知删除。
编辑：魏晋芳
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