什么是活性炭，常見活性炭分為那些種類？

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活性炭是含碳物質(zhì)經(jīng)過炭化和活化制成的多孔性產(chǎn)物。它具有發(fā)達(dá)的孔隙結(jié)構(gòu)和巨大的比表面積，可用作吸附劑、催化劑和催化劑載體。目前認(rèn)為活性炭是由類石墨微晶構(gòu)成的，為螺層形結(jié)構(gòu)（Turbostratic Structure），但也有人認(rèn)為活性炭是芳香三元結(jié)構(gòu)（Aromatic Three-Dimensional Structure），又稱瑞利結(jié)構(gòu)（Riley Structure），或是中間體結(jié)構(gòu)（Mesostructure），當(dāng)然也有人認(rèn)為活性炭是由四面體碳結(jié)構(gòu)（Tetrahedral Carbon Structure）］的碳微晶構(gòu)成的。
活性炭表面含有多種化合物，當(dāng)它吸附氧時就形成各種基團(tuán)，在活性炭微晶邊緣棱角處的原子或外露晶格缺陷、移位和斷層處，是形成氧基團(tuán)的主要部分。而這些氧基團(tuán)又分為酸性和堿性兩類。酸性基團(tuán)主要有七種結(jié)構(gòu)型式：①羧基；②酚羥基；③醌型羰基；④正內(nèi)酯基（n一內(nèi)酯基）；⑤熒光型內(nèi)酯基（f-內(nèi)酯基）；⑥羧酸酐基；⑦環(huán)形氧基。前三種化合物是主要的，而兩種內(nèi)酯基都是從羧基衍生而來的。堿性基團(tuán)主要有三種，它們均是色烯結(jié)構(gòu)化合物。試驗表明，堿性基團(tuán)形成的量較少，被覆蓋的表面積比起酸性基團(tuán)少得多。活性炭表面除氧基團(tuán)外，還有硫基團(tuán)和氮基團(tuán)，硫基團(tuán)是硫原子和活性炭表面作用或用表面氧基團(tuán)置換形成的。根據(jù)近年來的電子能譜和傅里葉變換紅外光譜對經(jīng)過硫處理的活性炭進(jìn)行研究，證實硫化物的種類很多，而且這些化合物在酸堿溶液中的性能非常穩(wěn)定。氮基團(tuán)是氮原子同活性炭表面碳原子或表面氧基團(tuán)作用后形成的基團(tuán)。如果在一定溫度下，用氨及各種有機(jī)氨、氮雜茂等處理活性炭，均可使氮原子牢固地結(jié)合在表面上。很多試驗表明，凡含有氮基團(tuán)的表面，在催化氧化中，特別是在二氧化硫氧化成三氧化硫的反應(yīng)中起重要作用。活性炭表面不僅能形成上述幾種基團(tuán)，還能和氟、氯、溴和碘等元素反應(yīng)，生成新的表面基團(tuán)，這些基團(tuán)對活性炭的吸附、催化和作為催化劑載體都有著重要的影響，是值得我們進(jìn)行深入的研究和探討的。如羧基對于氯乙烯的合成，醌型羧基對于醋酸乙烯合成均起十分有益的作用。

活性炭具有發(fā)達(dá)的孔隙結(jié)構(gòu)，主要包含有三種孔隙，即大孔、中孔和微孔。大孔分布在活性炭顆類的外表面，中孔是大孔的分支，微孔又是中孔的分支。在氣相吸附中微孔起主要吸附作用，有時又被稱為吸附孔，中孔和大孔為被吸附物質(zhì)進(jìn)入微孔提供通道，因此，又被稱為輸送孔。微孔還可再分為細(xì)微孔和次微孔（極微孔和超微孔）。細(xì)微孔是活性炭中微小的孔，它的特征尺寸為r＜0.6～0.7nm，次微孔的特征尺寸為0.6～0.7nm＜r＜1.5～1.6nm（國際理論與應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會規(guī)定次微孔的上限為r＝2.0mm）吸附主要在細(xì)微孔和次微孔內(nèi)進(jìn)行。對于一般活性炭，二者的孔容為0.2～0.6cm3／g，對應(yīng)的比表面積占總表面積95％以上，大于微孔的孔隙是中孔，其特征尺寸為1.5～1.6nm＜r＜100～200nm,中孔容積為0.1～0.2cm3／g,對應(yīng)的比表面積一般不超過總表面的5％。有時通過調(diào)整活化工藝條件或其他辦法也可增加中孔容積，達(dá)0.7cm／g，比表面積可達(dá)到200～400m2／g。中孔在氣相吸附中一般起吸附質(zhì)進(jìn)入微孔的通道作用，但隨著相對壓力增高到一定高度時產(chǎn)生毛細(xì)凝聚，這時在吸附等溫線上出現(xiàn)滯后圈。在液相吸附中，中孔對大分子的吸附起著重要的作用。大孔的尺寸是r＞100～200nm，大孔容積為0.2～0.5cm3／g，對應(yīng)的比表面積為0.5～2.0m2／g。大孔表面積占總孔表面積的比例很小，在吸附過程中不起明顯的作用，通常可以忽略不計。活性炭作為載體使用時，催化劑主要沉積在中孔和大孔中。

活性炭從外觀形狀上看，有粉狀活性炭、粒狀活性炭、纖維活性炭。粒狀活性炭包括無定形粒狀炭、柱狀活性炭、球形活性炭、空心球狀活性炭及微球炭等。每種炭中又有幾個或十幾種不同用途的炭，如粉狀炭中有化學(xué)炭、糖用炭、藥用炭、針劑炭及凈水用炭等；粒狀炭中有凈空炭、凈水炭、脫硫炭、脫氯炭、脫色炭、載體炭、溶劑回收炭、味精炭、黃金冶煉炭、維尼綸載體炭及防毒面具用炭等。如果要評價活性炭的性能及吸附特性，要根據(jù)活性炭的用途和要求的不同，采用合適的指標(biāo)。活性炭的主要指標(biāo)有粒度、比表面積、孔隙溶劑、孔分布、真密度、顆粒密度、堆積密度、強度、水分、灰分等；表征吸附性能的指標(biāo)有苯吸附率、四氯化碳活性、碘值、酚值、糖蜜值、焦糖值、醋酸吸附值、醋酸鋅值和亞甲藍(lán)值等；當(dāng)然還有一些特殊用途的指標(biāo)。
活性炭是黑色粉末狀或塊狀、顆粒狀、蜂窩狀的無定形碳，也有排列規(guī)整的晶體碳。活性炭中除碳要素外，還涵蓋兩類摻和物：一類是化學(xué)結(jié)合的要素，主要是氧和氫，這些要素是由于未全然炭化而殘存在炭中，或者在活化過程中，外來的非碳元素與活性炭表面化學(xué)結(jié)合;另一類摻和物是灰分，它是活性炭的無機(jī)部分，灰分在活性碳中易致使二次污染。活性炭由于具較強的吸附性，普遍應(yīng)用于生產(chǎn)、生活中。
產(chǎn)品主要用以飲用水、純凈水、制酒、飲品、工業(yè)污水的凈化、脫色、脫氯、除臭;也可用于煉油行業(yè)的脫硫醇、除去有機(jī)物等。無論是煤活性炭還是木活性炭，都是因為其吸附性能而用于水處理。吸附性能越高，活性炭的吸附容量越大，吸附效果和質(zhì)量越好。
活性炭是一種功能性碳材料，因具有比表面積大、孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)達(dá)、吸附效率高、化學(xué)穩(wěn)定性好等優(yōu)點而被廣泛應(yīng)用在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的各個方面，如污水處理、氣體凈化、黃金提取、溶劑回收等。那么活性炭常見的都有那些種類呢？
一、活性炭根據(jù)原料和形狀可以分為多種，根據(jù)活性炭的不同形狀，其主要功能也不同。形狀可分為顆粒活性炭、粉末活性炭、柱狀活性炭等。
　　1:粒狀活性炭
　　顆粒活性炭是凈水器中常用的一種活性炭。一般來說，顆粒越小，其吸附效果越好。但水阻力大的時候，容易漏碳。因此，在凈水行業(yè)中，一般選擇合適粒徑的活性炭。在大型水處理設(shè)置中，一般選用10-24畝以上的活性炭，小型家用凈水器一般選用16-32目的活性炭。特別適用于電廠、石化、煉油廠、印染紡織業(yè)、食品飲品、醫(yī)藥用水、電子高純水、生活飲用水、工業(yè)中水回用等行業(yè)。更能有效性吸附水中的游離氯、酚、硫、油、膠質(zhì)、農(nóng)藥殘留物和其他有機(jī)污染物，余氯、半脫氯值，以及有機(jī)溶劑的回收等。

　　2:粉末活性炭
　　粉末活性炭的粒徑比顆粒活性炭小得多，因為顆粒越小吸附效果越好，所以其吸附效果比顆粒活性炭好。粉末活性炭以高品質(zhì)木屑、椰殼、煤質(zhì)為原材料，經(jīng)系列生產(chǎn)工藝精加工而成。粉末活性炭有著過濾速度快、吸附性能好、脫色除味能力強、經(jīng)濟(jì)結(jié)實等優(yōu)點，產(chǎn)品普遍應(yīng)用于食品、飲品、醫(yī)藥、自來水、糖、油脂等行業(yè)，在釀酒、污水處理、電廠、電鍍等領(lǐng)域應(yīng)用也比較廣泛。

　　3:柱狀活性炭
　　在工業(yè)污水處理中，由于柱狀活性炭易清洗、機(jī)械強度高、吸附容量大，所以一般采用柱狀活性炭。可以用來凈化水。柱狀活性炭以高品質(zhì)煤、椰殼、木屑為原材料，經(jīng)系列生產(chǎn)工藝精加工而成。外觀呈黑色圓柱形微粒，普遍應(yīng)用于氣體處理、污水處理、脫硫脫硝、溶劑回收、制氮機(jī)、空分裝置、噴漆車間等領(lǐng)域。
　　煤柱狀活性炭具備間隙構(gòu)造繁榮，比面積大，吸附能力強，機(jī)器強度高，床層阻力小，化學(xué)安定性能好，易再造，經(jīng)久耐用等優(yōu)點。產(chǎn)品孔徑分布合理，達(dá)到理想吸附與脫附，從而大大提高產(chǎn)品的使用壽命(平均2-3年)，是平常煤質(zhì)炭的1.4倍。
　　柱狀活性炭適用性：a、氣相吸附;b、有機(jī)溶劑回收(苯系氣體甲苯、醋酸纖維行業(yè)中的丙酮回收);c、雜質(zhì)和有害氣體祛除，廢氣回收;d、煉油廠、加油站、油庫過量汽油回收;e、用以活性炭催化均四氯乙烷脫HCl制備三氯乙烯。

4.蜂窩活性炭
蜂窩活性炭使用高品質(zhì)煤質(zhì)活性炭為原料，經(jīng)蜂模具遏制，高溫活化燒制而成
　　蜂窩活性炭兼具比表面積大，通孔阻力小，微孔繁榮，高吸附容量，用到壽命長等特色，在空氣污染治理中廣泛運用。選用蜂窩活性炭吸附法，即廢氣與兼具大表面的多孔性活性炭接觸，廢氣中的污染物被吸附，從而起到凈化效用。可直接采用或置入凈化柜、吸附床采用，若廢氣濃度高，排放量大，可兩臺凈化柜、吸附床輪班采用。在使用過程中，盡可能避免溫度過高，溫度過高會減低吸附量，吸附量隨溫度升高而下滑;同時要避免高含塵量和油霧，因為焦油塵霧會阻塞活性炭微孔，增加阻力，下降吸附效用，如果采用環(huán)境包含大量濃塵和焦油，應(yīng)加裝前級除塵過濾才能達(dá)到理想佳使用效用和理想長使用壽命。

二、活性炭按原料的不同可分為以下幾種：
①煤質(zhì)活性炭，又稱煤基活性炭。系用各種原煤通過不同工藝制造的一大類活性炭產(chǎn)品的統(tǒng)稱。煤質(zhì)活性炭根據(jù)制造工藝的不同又可分為成型炭和原煤直接破碎炭兩類。前者又可進(jìn)一步細(xì)分為濕法成型炭和干法成型炭。
②木質(zhì)活性炭。系用各種硬質(zhì)木材、農(nóng)作物廢料、以及其它含木質(zhì)纖維素的工農(nóng)業(yè)廢料為原料，通過化學(xué)法、物理法或物理化學(xué)結(jié)合法制成的活性炭。
③果殼果核類活性炭。如椰殼炭、杏核炭、桃核炭等。
④石油系活性炭。用石油瀝青、石油焦等作原料，制成的活性炭產(chǎn)品。
⑤樹脂類活性炭。用酚醛樹脂、廢的離子交換樹脂等為原料，經(jīng)特殊工藝制得的活性炭產(chǎn)品，有時將纖維炭亦歸入此一類型中。
⑥其它的小品種活性炭產(chǎn)品。包括用動物血液制成的血炭，用動物骨骼制成的骨炭，用各種原料制成的分子篩活性炭，用強堿與含碳原料制造的高表面積活性炭，采用有機(jī)高分子溶液經(jīng)特殊工藝制成的鑄型法活性炭，碳?xì)饽z活性炭等等。
三、活性炭按制造方法分為：
化學(xué)藥品活化法活性炭。多采用氯化鋅、磷酸、氫氧化鉀、氫氧化鈉等作活化劑。
物理活化法活性炭。多數(shù)采用水蒸氣活化法，有時采用二氧化碳和空氣活化。大生產(chǎn)中，實際上是這三種活化氣體的混合活化過程。
四、活性炭按用途可分為：
①氣相吸附活性炭。可用于排氣處理、空氣凈化、溶劑回收、氣體分離、脫臭、脫硫脫硝、工業(yè)原料氣體精制、氣相色譜填充劑、空氣采樣器、保鮮、臭氧脫除、香煙濾咀、天然氣吸附貯存、軍用和民用防毒面具等。
②液相吸附活性炭。自來水處理、純凈水制造、工業(yè)及生活污水的深度處理、脫色精制、血液凈化、黃金回收、雙層電容器電極用、藥用炭等。
③觸媒（催化劑）用活性炭。可直接用作工業(yè)過程的催化劑，更多的時候活性炭是用作催化劑載體（如擔(dān)載貴金屬鉑、鈀、釕、金等制成的鉑炭、鈀炭催化劑等）。