活性炭具有吸附分離的作用,利用活性炭作為吸附劑具有較強(qiáng)的脫除痕量物質(zhì)的能力和良好的選擇性,能把把結(jié)構(gòu)類似、物化性質(zhì)接近的物質(zhì)分開。
吸附分離過程在石油、化工、冶金、食品和醫(yī)藥等行業(yè)中已得到廣泛的應(yīng)用,在保護(hù)環(huán)境、控制污染方面也發(fā)揮著越來越重要的作用,吸附分離日益成為完整、獨(dú)立的單元操作。
活性炭是一種具有高度發(fā)達(dá)孔隙結(jié)構(gòu)和極大內(nèi)表面積的人工炭材料制品,達(dá)通常其孔容積達(dá)0.2~1.0cm3/g、比積表面積400~1000m2/g。吸附作用是活性炭的最顯著的特征之一,它可以從氣相或液相中吸附各種物質(zhì)。
活性炭的特性
高度發(fā)達(dá)的孔隙結(jié)構(gòu)和巨大的內(nèi)表面積;
表面上含有(或可附加上)多種官能團(tuán)(以增加活性點(diǎn));
具有催化性能;性能穩(wěn)定,
可在不同溫度、酸堿度中使用;
可以再生,近乎“萬能”的活性炭得到日益廣泛的應(yīng)用
傳統(tǒng)應(yīng)用-食品和醫(yī)藥脫色、除味,防毒面具
大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用:有機(jī)合成工業(yè)中作為催化劑和載體
溶劑的精制、回收與分離
防除原子能設(shè)施放出的放射性物質(zhì)…
近年來在環(huán)境保護(hù)方面:
凈化給水、污水處理
凈化空氣并除去生產(chǎn)中排出的有害氣體
綠色存儲電源:超級電容器
目前世界活性炭年消費(fèi)量超過120萬噸,年增長速度~15%西方部分發(fā)達(dá)國家量環(huán)保人均活性炭年需求量300-400克。
活性炭選型的原理
決定活性炭應(yīng)用性能的主要因素如下:
孔結(jié)構(gòu):孔形狀、尺寸及分布
表面化學(xué):表面官能團(tuán)的種類與數(shù)量
無機(jī)質(zhì)含量:灰分、特別是成色離子、某些重金屬含量
形狀:應(yīng)用途徑要求活性炭具有球、蜂窩、波紋等特殊形狀
強(qiáng)度
活性炭的吸附作用絕大部分是由微孔進(jìn)行的,
吸附量的大小受微孔量的多少支配
大孔和中孔的作用不能忽視
只有少數(shù)微孔直接通向活性炭顆粒的外表面,在絕大多數(shù)情況下,活性炭的孔隙結(jié)構(gòu)主要按下列方式排列:
大孔直接通向顆粒的外表面;
過渡孔是大孔的的分支;
微孔又是過渡孔的分支
微孔的吸附作用應(yīng)以大孔的通道作用和中孔的過渡作用為條件
活性炭孔結(jié)構(gòu)的特異性意義
吸附過程中,吸附劑的孔徑與吸附質(zhì)分子或離子的幾何尺寸要匹配,只有吸附質(zhì)分子或離子能進(jìn)入、充填的孔隙才是有效的孔隙,有效孔隙所對應(yīng)的孔徑分布(可幾孔徑)-對吸附劑利用率最高的孔徑與吸附質(zhì)分子直徑的比值是1.7~3.0,不同吸附質(zhì)的尺寸不同,對活性炭孔的要求各異。
活性炭的表面化學(xué)
活性炭表面的氧化物及有機(jī)官能團(tuán)(如羧基、羰基、羥基、內(nèi)酯等)能使活性炭同時(shí)具備特殊的表面化學(xué)特性,這又賦予活性炭以特殊的化學(xué)吸附性能
活性炭表面含氧官能團(tuán):酚羥基、羧基、內(nèi)酯基、羰基、酸酐等
含氮官能團(tuán)可能存在形式:酰胺基、酰亞胺基、乳胺基;類吡咯基、類吡啶基
活性炭表面性質(zhì)的意義
活性炭的各種用途對其表面官能團(tuán)種類與數(shù)量的要求不同
VOCs凈化用活性炭的類型(根據(jù)用途和吸附工藝劃分)
油氣回收用顆?;钚蕴?/span>
溶劑回收用顆?;钚蕴?/span>
低濃度廢氣吸附濃縮用蜂窩狀活性炭
油氣回收用活性炭的孔隙特征與指標(biāo)要求
降壓(抽真空)解吸,需要“中孔(>2nm)活性炭”
溶劑回收用活性炭的孔隙特征與指標(biāo)要求
采用水蒸氣置換再生時(shí),再生速度較快,需要較多的“亞微孔”(1.5~2.0nm)以及部分“中孔”(>2nm);
當(dāng)采用熱空氣或氮?dú)獯祾咴偕鷷r(shí),
蜂窩狀活性炭的指標(biāo)要求
蜂窩活性炭用于低濃度VOCs的吸附濃縮工藝;
摻加了一定量的粘合劑(黏土、高嶺土、海泡石等)擠壓成型;
目前市場上的蜂窩炭的比表面積一般在400-600m2/g;
吸附速度和脫附再生速度都較慢,只適用于低濃度的VOCs
由于具有獨(dú)特的結(jié)構(gòu)性能,活性炭在環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用,且范圍日益擴(kuò)大;作為最為經(jīng)典的氣體凈化技術(shù),吸附凈化法是目前工業(yè)有機(jī)廢氣治理的主流技術(shù)之一,可單獨(dú)用于VOCs凈化、也是各種組合治理技術(shù)的基本構(gòu)成;活性炭是吸附凈化的常用、核心材料,其作用發(fā)揮的前提是選擇了適宜的活性炭。
來源:VOCnews