昌昊果壳活性炭载体废气处理活性炭用于各类水净化处理可加工定制

活性炭是由木质、煤质和石油焦等含碳的原料经热解、活化加工制备而成，具有发达的孔隙结构、较大的比表面积和丰富的表面化学基团，特异性吸附能力较强的炭材料的统称。 通常为粉状或粒状具有很强吸附能力的多孔无定形炭。由固态碳质物（如煤、木料、硬果壳、果核、树脂等）在隔绝空气条件下经600～900℃高温炭化，然后在400～900℃条件下用空气、二氧化碳、水蒸气或三者的混合气体进行氧化活化后获得。 炭化使碳以外的物质挥发，氧化活化可进一步去掉残留的挥发物质，产生新的和扩大原有的孔隙，改善微孔结构，增加活性。低温（400℃）活化的炭称L-炭，高温（900℃）活化的炭称H-炭。H-炭必须在惰性气氛中冷却，否则会转变为L-炭。活性炭的吸附性能与氧化活化时气体的化学性质及其浓度、活化温度、活化程度、活性炭中无机物组成及其含量等因素有关，主要取决于活化气体性质及活化温度。活性炭的含炭量、比表面积、灰分含量及其水悬浮液的pH值皆随活化温度的提高而增大。活化温度愈高，残留的挥发物质挥发愈完全，微孔结构愈发达，比表面积和吸附活性愈大。 活性炭中的灰分组成及其含量对炭的吸附活性有很大影响。灰分主要由K2O、Na2O、CaO、MgO、Fe2O3、Al2O3、P2O5、SO3、Cl-等组成，灰分含量与制取活性炭的原料有关，而且，随炭中挥发物的去除，炭中的灰分含量增大。

根据活性炭的外形，通常分为粉状和粒状两大类。粒状活性炭又有圆柱形、球形、空心圆柱形和空心球形以及不规则形状的破碎炭等。随着现代工业和科学技术的发展，出现了许多活性炭新品种，如炭分子筛、微球炭、活性炭纳米管、活性炭纤维等。

孔隙结构活性炭是由石墨微晶、单一平面网状碳和无定形碳三部分组成，其中石墨微晶是构成活性炭的主体部分。活性炭的微晶结构不同于石墨的微晶结构，其微晶结构的层间距在0.34～0.35nm之间，间隙大。即使温度高达2000 ℃以上也难以转化为石墨，这种微晶结构称为非石墨微晶，绝大部分活性炭属于非石墨结构。石墨型结构的微晶排列较有规则，可经处理后转化为石墨。非石墨状微晶结构使活性炭具有发达的孔隙结构，其孔隙结构可由孔径分布表征。活性炭的孔径分布范围很宽，从小于1nm到数千nm。有学者提出将活性炭的孔径分为三类：孔径小于2nm为微孔，孔径在2～50nm为中孔，孔径大于50nm为大孔。 活性炭中的微孔比表面积占活性炭比表面积的95%以上，在很大程度上决定了活性炭的吸附容量。中孔比表面积占活性炭比表面积的5%左右，是不能进入微孔的较大分子的吸附位，在较高的相对压力下产生毛细管凝聚。大孔比表面积一般不超过0.5m2/g，仅仅是吸附质分子到达微孔和中孔的通道，对吸附过程影响不大。表面化学性质活性炭内部具有晶体结构和孔隙结构，活性炭表面也有一定的化学结构。活性炭吸附性能不仅取决于活性炭的物理（孔隙）结构，而且还取决于活性炭表面的化学结构。在活性炭制备过程中，炭化阶段形成的芳香片的边缘化学键断裂形成具有未成对电子的边缘碳原子。这些边缘碳原子具有未饱和的化学键，能与诸如氧、氢、氮和硫等杂环原子反应形成不同的表面基团，这些表面基团的存在毫无疑问地影响到活性炭的吸附性能。X 射线研究表明，这些杂环原子与碳原子结合在芳香片的边缘，产生含氧、含氢和含氮表面化合物。当这些边缘成为主要的吸附表面时，这些表面化合物就改变了活性炭的表面特征和表面性质。活性炭表面基团分为酸性、碱性和中性 3 种。酸性表面官能团有羰基、羧基、内酯基、羟基、醚、苯酚等，可促进活性炭对碱性物质的吸附；碱性表面官能团主要有吡喃酮（环酮）及其衍生物，可促进活性炭对酸性物质的吸附。磷酸等酸性活化剂制备的活性炭表面以酸性基团为主 ，对碱性物质吸附较好；KOH、K2CO3等碱性活化剂制备的活性炭表面以碱性基团为主，适合于吸附酸性物质；而采用CO2、H2O等物理活化方法制备的活性炭表面官能团总体呈中性。

吸附机理活性炭吸附是指利用活性炭的固体表面对水中的一种或多种物质的吸附作用，以达到净化水质的目的。活性炭的吸附能力与活性炭的孔隙大小和结构有关。一般来说，颗粒越小，孔隙扩散速度越快，活性炭的吸附能力就越强。

吸附能力和吸附速度是衡量吸附过程的主要指标。吸附能力的大小是用吸附量来衡量的，吸附速度是指单位时间内单位重量的吸附剂所吸附的量。在水处理中，吸附速度决定了吸附剂与污水的接触时间。

再生原理活性炭再生，是指用物理或化学方法在不破坏其原有结构的前提下，去除吸附于活性炭微孔的吸附质，恢复其吸附性能的过程。活性炭吸附过程中，对吸附质和溶剂都有吸附作用，因亲和力的不同，经过一定时间的吸附，达到吸附平衡。活性炭再生就是要采取办法破坏这种平衡关系，其依据主要为以下几个方面：①改变吸附质的化学性质；②用对吸附质亲和力强的溶剂萃取；③用对活性炭亲和力比吸附质大的物质把吸附质置换出来，然后再使置换物质脱附，活性炭得到再生；④用外部加热、升高温度的办法改变平衡条件；⑤用降低溶剂中溶质浓度（或压力）的方法再生；⑥使吸附物（有机物）分解或氧化而除去。再生方法（1）热再生法热再生法是应用成熟的活性炭再生方法。处理有机废水后的活性炭在再生过程中，根据加热到不同温度时有机物的变化，一般分为干燥、高温炭化及活化3个阶段。在干燥阶段，去除活性炭上的水分等可挥发性成分。高温炭化阶段是使吸附在活性炭上的部分有机物汽化脱附，部分有机物发生分解，以小分子物质脱附出来，残余的成分留在活性炭孔隙内成为固定炭。活化阶段是通入CO2、CO或水蒸气等气体，清理活性炭内部结构的微孔，使其恢复吸附活性。再生工艺的核心是活化阶段。热再生法的再生效率比较高，时间短，应用比较范围广泛，但再生过程中炭损失较大，可达5%～10%。同时再生后的炭机械强度有所下降，吸附效率也会有所降低，多次重复再生后丧失吸附性能。（2）生物再生法利用微生物的新陈代谢，将吸附在活性炭上的污染物质氧化降解的方法称作生物再生法。活性炭的孔径一般只有几纳米，微生物很难进入其孔隙内部，通常微生物细胞酶可以流至细胞胞外，通过活性炭对酶的吸附，在炭表面形成酶促中心，分解污染物，达到再生的目的。生物法的投资和运行费用相对较低，但再生时间较长，水质和温度对再生效果的影响很大。同时，微生物处理污染物的选择性很强，且一般不能将所有的有机物彻底分解成CO2和H2O，其中间产物仍残留在微孔中，多次循环后再生效率会明显降低。（3）湿式氧化再生法湿式氧化再生法是指在高温高压的条件下，用氧气或空气作为氧化剂，将处于液相状态下吸附的有机物氧化分解成小分子物质的一种处理方法湿式氧化再生法操作比较简单、对吸附能力的影响小，炭损失率较低，通常适合处理毒性高，生物难降解的有机物。以上均为传统再生方法，通常，传统的活性炭再生方法还有以下共同的不足：①活性炭损失较大；②再生后吸附能力会有明显下降；③再生时产生的尾气会造成二次污染。随着科技发展，出现了一些新兴再生方法：（4）微波辐射再生法微波辐射再生法是采用热再生法的原理而逐渐发展起来的活性炭再生方法。活性炭所吸附的吸附质中大多数是强极性物质，它们比活性炭吸收微波的能力强，因此可以用热解吸的方法来再生。吸附的极性分子，由于微波辐射诱导而极化，相互碰撞、摩擦产生高热量，从而将微波能量转化为热能。被吸附的水和有机分子受热挥发和炭化，孔道重新打开，恢复吸附活性。同时，活性炭本身吸收微波而升温，因温度过高而燃烧，导致燃烧失去一部分炭，炭孔径扩大。微波再生方法的特点是加热时间短、再生效率高，同时因为加热过程中是进行选择性加热，能耗很低。然而，微波再生方法还不够成熟，很多重要问题需要亟待解决：①微波加热的机理研究不够深入，需要建立模型，获得更均匀的微波场；②微波发生器大多由家用微波炉改装，专业的微波再生加热装置亟待设计和开发。（5）超临界流体再生法超临界流体（SCF）的优点是密度大，溶解度大，传质速率高，扩散性能好，表面张力小。吸附的有机物非常容易溶于SCF溶剂。通过改变温度和压力，可以有效地将有机物与SCF分离，达到活性炭再生的目的。

??超临界流体（SFE）法再生活性炭中，常用的超临界流体为超临界CO2。该法对吸附类型是化学吸附的有机物再生效率不高，同时对工艺的技术及设备材料的要求比较高，投资费用大。该方法的研究还大都处于实验室规模，离实现工业化还有一定差距。（6）电化学再生法电化学再生法是一种的新型活性炭再生方法，近几年研究非常活跃。在两电极之间，填充吸附饱和后的活性炭，同时加入一定的电解液，通入直流电场，活性炭在电场作用下极化，一端呈阳极，另一端呈阴极，形成微电解槽，分别发生还原反应和氧化反应，吸附在活性炭上的大部分污染物发生分解，小部分发生脱附。该方法操作简单、效率高、能耗低，处理对象相对广泛。