活性炭制备方法、分类、应用综述.ppt

活性炭吸附 目录 一 吸附概念 三 活性炭的制备 二 活性炭的简介 四 活性炭的应用 1 概述 吸附 定义 一种物质从一相转移到另外一相的现象称为吸附 固 液界面上的吸附 固 汽界面上的吸附吸附剂 具有吸附能力的固体物质 吸附质 被吸附的物质 物质从流体相浓缩到固体表面 活性炭的概述 活性炭是一种多孔炭材料 具有高度发达的孔隙结构和巨大的比表面积 吸附能力强 化学稳定性好 机械强度高 使用失效后易再生等特点 广泛应用化学工业 食品加工 医疗卫生 农业 国防等领域 比表面积大 吸附能力强 木炭活性炭活性炭的孔结构 吸附原理 活性炭吸附器是将水中悬浮状态的污染物进行截留的过程 被截留的悬浮物充塞于活性炭间的空隙 滤层孔隙尺度以及孔隙率的大小 随活性炭料粒度的加大而增大 即活性炭粒度越粗 可容纳悬浮物的空间越大 其表现为过滤能力增强 纳污能力增加 截污量增大 同时 活性炭滤层孔隙越大 水中悬浮物越能被更深地输送至下一层活性炭滤层 在有足够保护厚度的条件下 悬浮物可以更多地被截留 使中下层滤层更好地发挥截留作用 机组截污量增加 吸附特性 活性炭是一种很细小的炭粒 有很大的表面积 而且炭粒中还有更细小的孔 毛细管 这种毛细管具有很强的吸附能力 由于炭粒的表面积很大 所以能与气体 杂质 充分接触 活性炭经过活化后碳晶格形成形状和大小不一的发达细孔 大大增加比表面积 提高吸附能力 活性炭的细孔有效半径一般为1 10000nm 小孔半径在2nm以下 过渡孔半径一般为2 100nm 大孔半径为100 10000nm 小孔容积一般为0 15 0 90mL g 过渡孔面积一般为0 02 0 10mL g 大孔容积一般为0 2 0 5mL g 机械特性 粒度 采用一套标准筛筛分法 求出留在和通过每只筛子的活性炭重量 表示粒度分布 静观密度或堆密度 饮食孔隙容积和颗粒间空隙容积的单位体积活性炭的重量 体积密度和颗粒密度 饮食孔隙容积而不饮食颗粒间空隙容积的单位体积活性炭的重量 强度 即活性炭的耐破碎性 耐磨性 即耐磨损或抗磨擦的性能 这些机械性质直接影响活性炭应用 例如 密度影响容器大小 粉炭粗细影响过滤 炭粒粒度分布影响流体阻力和压降 破碎性影响活性炭使用寿命和废炭再生 化学特性 活性炭的吸附除了物理吸附 还有化学吸附 活性炭的吸附性既取决于孔隙结构 又取决于化学组成 活性炭不仅含碳 而且含少量的化学结合 功能团开工的氧和氢 例如羰基 羧基 酚类 内酯类 醌类 醚类 这些表面上含有的氧化物和络合物 有些来自原料的衍生物 有些是在活化时 活化后由空气或水蒸气的作用而生成 有时还会生成表面硫化物和氯化物 在活化中原料所含矿物质集中到活性炭里成为灰分 灰分的主要成分是碱金属和碱土金属的盐类 如碳酸盐和磷酸盐等 原料来源 木制颗粒炭 化学法赋活 高吸附 低密度 应用于气相吸附 溶剂回收 催化剂载体等领域 木材原料 原料来源 木质粉状活性炭 化学法赋活 高吸附 低密度 应用于气相吸附 溶剂回收 催化剂载体等领域 木屑原料 原料来源 椰壳活性炭 强度高 吸附性能好 灰分低 使用周期长 椰壳原料 原料来源 煤质炭 物理法赋活 应用于水处理 气相吸附 溶剂回收 催化剂载体等领域 优质煤原料 原料来源 竹炭 除作燃料外 竹炭还可广泛应用于 可以运用于农业 工业 电子 军事 医疗卫生 环境保护 纺织等领域 优质毛竹原料 外观形状分类 从表观上看粒度在1 150微米之间的活性炭称之为粉状活性炭 粉状活性炭 外观形状分类 从形状上可分为破碎状 圆柱状 球状 中空微球状等几种 有不定型颗粒状和挤压成型柱状颗粒两种 粒度在0 5 4mm之间 颗粒活性炭 外观形状分类 椰壳活性炭 煤质活性炭属于此类 活性炭的外表面因破碎而具有棱角 破碎状活性炭 外观形状分类 以纤维状的物质为原料制成的活性炭 有丝状 布状及毡状几种 纤维状活性炭 制备方法分类 点击添加文本 以ZnCl2 H3PO4 KOH等为活化剂 化学活化法制备的活性炭 化学法活性炭 点击添加文本 制备方法分类 点击添加文本 以水蒸气 CO2等为活化剂制备的活性炭 物理法活性炭 点击添加文本 1 水处理 1活性炭处理含氰废水电镀工业 焦化工业 高炉煤气的洗涤 金银选矿等行业都排放含氰废水 氰化物为剧毒物质对人类和鱼类的危害极大 由于活性炭具有很大的比表面积故对含氰废水也有较好的吸附处理效果 经试验表明对于某金矿含氰废水废水中的总氰化物以CN 计为38990mgL当处理水量为263mL g活性炭时CN 吸附量为1024mgg出水CN 浓度在O5mgL以下吸附去除率达99 9 另有研究表明用3氯化铜或5硫酸铜浸泡活性炭后水洗晾干后再装柱可提高除氰效率2倍 3倍当控制进水pH值在6 9之间时CN 大部分呈络合状态而活性炭对络合氰化物的吸附能力比对简单氰化物的吸附能力强 1 水处理 2活性炭处理含汞废水在氯碱工业中以汞为阴电极制造氯气和苛性钠聚氯乙烯 乙醛 醋酸乙烯的合成工业均以汞作为催化剂电子仪表工业也常用到汞故这些行业均排放含汞废水 汞对人体有严重的毒害作用其中甲基汞在人体脑组织内积累侵入中枢神经系统破坏神经功能严重时可导致死亡 活性炭能有效地吸附废水中的汞一些工厂已经采用此法处理含汞废水但该法更适用于处理低浓度的含汞废水 废水含汞浓度高时可先进行一级处理降低废水中的汞浓度后再用活性炭吸附 将含汞量在lmgL 2mgL以下的废水通过活性炭滤塔排出水含汞量可下降到001mgL 005mgL回收汞后活性炭可再生并重复使用 1 水处理 3活性炭处理染料废水纺织工业的发展带动了染料生产的发展调查表明全世界每年生产的染料超过700000t 其中2 以废水的形式直接进入水体排出 10 在随后的纺织染色过程中损失 染料废水成份复杂 水质变化大 色度深 浓度大 处理困难 水中的色度影响水生植物的光合作用从而破坏水中的生态平衡 活性炭巨大的比表面积使其能有效地去除废水的色度 研究表明对初始浓度为30mgL的甲基橙 结晶紫 直接耐晒黑G和活性翠蓝溶液在pH7 粉末活性炭的投加量为6gL 吸附时间为2Omin时4种染料的去除率均在97 99对于初始浓度为250mgL的酸性品红 碱性品红和活性黑B一133染料废水当椰壳活性炭投加量分别为08 1O和20吸附时间分别为35h 6h和17h时脱色率均超过97 1 水处理 4活性炭处理农药废水农药生产过程中步骤多原材料 合成工艺 产品化学结构之间差异大生产过程中有大量的废水排出农药废水有机物浓度高 毒性大 可生化性差而且废水成份复杂 活性炭可有效地对农药废水进行吸附处理 活性炭还可以吸附除草剂废水中含有的24一二氯酚及少量的34一二氯酚 25二氯酚和26一二氯酚 1 水处理 5活性炭对CrVI的吸附随着电镀业的迅猛发展大量的电镀废水对人类环境造成越来越严重的危害 在含铬电镀废水中含有大量CrVI如不经处理直接排放将严重污染人类赖以生存的环境 活性炭有非常发达的微孔结构和较高的比表面积具有极强的物理吸附能力能有效地吸附废水中的CrVI 同时活性炭的表面存在大量的含氧基团如羟基一OH 羧基一COOH等它们都有静电吸附功能对CrVI产生化学吸附作用完全可以用于处理电镀废水中的CrVI 研究表明对于pH值为4 55OmLCrVI浓度为100mg L的废水当活性炭用量为2g时通过1h的振荡吸附出水CrVI浓度为038mgL达到了污水排放综合标准GB89781996中CrV1的最高允许排放浓度要求 2 溶剂回收 近年来 随着各种工业的发展 使用溶剂的种类也越来越多 以丙酮为首的各种溶剂 如甲苯 二甲苯等芳香族溶剂 醇类 酯类以及甲基乙基甲酮 MEK 异丁基甲基甲酮 MIBK 等溶剂 在合成纤维与合成树脂工业 印刷业 纸加工业等领域中大量地使用着 同时 各种产业部门还大量地使用着其他各种溶剂 如氟烃类及氯烃类有机化合物 用于进行金属的脱脂洗涤及精密机器制造业中的基盘类洗涤 环已烯酮用于磁记录媒体的制造 二氯甲烷用于制造摄影胶片等 防止这些溶剂在使用过程中蒸发飞散 进行回收及无害化处理 从节约资源或者改善劳动卫生条件 保护地球环境方面来看 是必不可少的事情 2 溶剂回收 在碳氢化合物的排放规定中 有机溶剂在排气中的浓度 大体上都是在50100ppm 体积 以下 最近 从保护全球规模的环境出发 正在研究重新认识有害物质与对其规定加以强化的问题 有机溶剂气体的回收装置或者进行无害化处理的装置 是根据相应的规定设计制造的 在规定的各种基准中 最初就有了作业环境基准 它从劳动安全的立场出发 规定了处理有机溶剂及有害物质的工厂 事业场所 必须遵守的空气中的有机溶剂及有害物质浓度 2 溶剂回收 溶剂回收用活性炭吸收排气中所含的有机溶剂 大多数是在涂布 蒸气及干燥等工序中挥发到空气中的 除了不燃性的溶剂以外 由于受爆炸界限浓度的限制 通常排出时的浓度都在几千ppm 体积 以下 由于活性炭是比较非极性的物质 对有机质具有很强的亲和性 即使有水分存在 吸附值能下降的也不大 而且比较价廉等原因 它在有机溶剂类的吸附中用的很多 特别是回收溶剂中常用的成型颗粒活性炭 它是以煤 石油 木材 椰子壳等产物 此外 也使用将原料炭化 破碎 成型 烧成 炭化 及水蒸气活化 制成的粒度为25mm的产物 以及使用将原料炭化 破碎 筛分以后 用水蒸气活化过 粒度为1mm以下的破碎状活性炭 3 防毒面具 防毒面具作为一种防御性的保护器具问世几十年来 不仅广泛应用于军事上 而且也是我们科学实验在某些险恶环境中从事工作的一个不可缺少的工具 3 防毒面具 早在第一次世界大战的1915年 欧洲各参战国军事力量相差无几 使战争表面上处于相持状态 德帝国主义为了在军事上取得进展 首先在战场上施放了一种有毒气体 氯气 使英法两国军队吃亏不小 为了惩罚德军的这种行径 英法两国就以同样的方法 回敬 了德军 一时间整个欧洲战场毒气滚滚 一场化学战就这样开始了 一战时期制造的化学炸弹 毒气战之父哈柏1915年1月德国化学家哈柏向德国参谋总部建议用有毒的氯气来杀伤敌人 德国参谋总部采纳了哈柏的建议3个月后哈柏的毒气罐就上战场了 在1915年4月22日哈柏兴致勃勃地乘着飞机在伊普雷的上空观察氯气的杀伤效果 不久德军又研制出了一种新的毒气 光气 光气的杀伤力比氯气大十倍 1917年7月德军在伊普雷使用了被誉为 毒气之王 的芥子气 3 防毒面具 怎样使自己的士兵不被毒气伤害而更有效地消灭敌人呢 这一严重而又急迫的问题摆在各国军队的指挥者面前 能否找到一种物质来同时对付多种毒气以减轻士兵的负担而赢得战争的胜利呢 各国化学家都在致力研究 俄国化学家谢宁斯基首先想到了制糖工业中用来吸附杂质和色素的木炭 3 防毒面具 他冒着生命危险进行了实验 他用装有木炭的布包堵住自己的呼吸道 钻进充满氯气和光气实验室 他的两个助手屏住呼吸守候在门边 只要听见门铃响 说明他们的导师已坚持不住了 应赶快抢救出来 然而铃却迟迟未响 就这样 他用自己的生命做实验发现了活性炭的防毒作用 用活性炭作吸附剂的轻型防毒面具就这样诞生了 它的样子虽说不中看 可是每当敌人施放毒气时 俄国士兵就立即戴上它在毒气中打退敌人的一次次冲锋 4 空气净化 室外空气的净化很早就引起了人们注意 近30年来对室内空气的质量更加重视 自从发现有些办公室人员患有 办公室综合症 以来 人们对室内空气的污染对人体健康的危害问题更为关切 据研究 室内空气的污染源有 建筑材料 如砖 墙纸 油漆 燃气 烧煤等燃烧 油炸 熏烤类的烹任 吸烟的烟雾 某些化妆品 室内散发出来的污染物种类很多 数量不少 美国EPA称 挥发性有机物的浓度在室内常比室外高出几倍 有研究表明 空调系统常因换气不佳 严重污染室内空气 19 89年加拿大修订了室内空气质量标准 也有学者认为1987年世界卫生组织规定的大气质量标准可适用于室内 空气污染的冶理可选用活性炭吸附法 催化法 燃烧法 冷凝法 其中应用活性炭吸附法或催化法很普遍 废气与具有大表面积的多孔性活性炭接触 废气中的污染物被吸附 使其与气体混合物分离 而起净化作用 4 空气净化 注意事项 1 即使有再好的空气净化活性炭产品 人在封闭的室内时间过长 也易导致一些病症 对于用户来说 要时常注意开窗通风 平时多注意锻炼身体 2 吸附剂的用量 原理上是越多越好 使用量越大吸附的有害气体就越多 特别是家里有老人或孕妇儿童更要多用 但应该从经济方面考虑最适合的空气净化炭用量 3 甲醛的排放随温度和湿度的上升而增加 遇到潮湿闷热天气 即使用了活性炭 室内的甲醛浓度此时也会出现反弹 但不必担心 空气净化活性炭会在几天内将其吸附恢复正常 5 催化剂载体 通过将活性炭浸在金属盐的水溶液中等方法可使催化剂担载其上 为了使之均匀分散要用表面被氧化的活性炭 其作为担体的性能由细孔结构及表面化学结构所决定 表面酸性官能团以及自由基 电子授受能力等都能给予各种影响 将铂 钯等铂族催化剂担在活性炭上的催化剂对加氢反应 特别是有关氢的反应等具有优良的催化性能 活性炭中担载有微量过渡金属时 与单独使用金属时相比 氢表现出明显的可逆吸附现象 这被称之为溢出 Spillover 现象 5 催化剂载体 活性炭作催化剂方面如 1 制造过氧化氢用活性炭覆盖的多孔管作阴极 使从阴极上放出的氢同压入的氧作用生成过氧化氢 2 使硫化氢转化为元素硫活性炭能吸附硫化氢并使氧化成元素硫 以除去气体中的硫化氢 3 活性炭催化均四氯乙烷脱HCl制备三氯乙烯 甲烷裂解制氢活性炭催化剂 4 水的脱氯作用活性炭能起吸附和催化两种作用 从水中除去氯 5 吡啶催化氯化合成四氯比啶 百菌清合成催化剂等 6 用于生产光气 三聚氯氰 氯乙烷 卤化磺酰 农药中间体 由于活性炭的催化作用能使氯和一氧化碳反应生成光气 使二氧化硫和氯反应生成硫酰氯 使氯和氢反应生成氯化氢 使溴和水蒸汽反应生成氢溴酸 使硫酸亚铁氧化硫酸铁 以及作为三聚氯氰聚合物反应的催化剂载体