活性炭的结构

1、上一堂课的主要内容v生物质、生物质能、生物质资源、生物质能的特点、生物质能转化的技术路线 v生物质气化、生物质气化基本原理与过程、生物质气化工艺流程 v植物资源液化v第一节 、活性炭的基本概念活性炭的基本概念v第二节、活性炭的微结构第二节、活性炭的微结构v第三节、第三节、活性炭的孔隙结构v第四四节、活性炭的化学结构活性炭的化学结构v第五节第五节、活性炭的吸附性能活性炭的吸附性能v第六节、活性炭的质量指标第六节、活性炭的质量指标 第四章第四章 活性炭的结构和性能活性炭的结构和性能第一节 、活性炭的基本概念活性炭的基本概念一、一、活性炭活性炭是什么是什么?(定义定义)v活性炭（AC: activa

2、ted carbon）是由含碳材料制成的外观呈黑色，内部孔隙结构发达孔隙结构发达、表面积大，吸吸附能力附能力强的一类微晶质碳微晶质碳素材料。v分子式：C；分子量：12.011；熔点：3652；沸点：4827，3652升华。有多孔结构和对气体、蒸气或胶态固体有强大吸附本领的炭。每克的总表面面积可达5001000平方米；密度为1.92.1；表观密度约0.080.45。含碳量10%98%。二二、活性炭工业历史与现状v活性炭工业历史：活性炭工业历史：v在公元前1550年埃及就用于医药，v公元前2世纪印度用于滤水，v长沙马王堆出土的汉墓木椁用木炭来吸潮、防腐，v明朝李时珍在木草纲目中记述果核烧炭可治疗腹

3、泻和肠胃病。v到中世纪，木炭用于糖液脱色精制以后发现骨炭有更大的脱色力，v从19世纪中叫开始研究“用量少、效果好”的脱色吸附剂，活化炭的研究走上了轨道， v二十世纪初欧洲诞生了活性炭工业。日本学者柳井弘提出，把活性炭工业的建立和发展分为四个时期：v(1)、工业化前工业化前(1900年以前) v1856年已有用麦粉、焦油和MgCO3混合加热制脱色炭的，v1868年开始用纸厂废物拌和磷酸烧制脱色炭。但这些都是在实验里完成的，v工业化设备、材料、工程理论问题没能得到解决。 v谢勒(Sheele)在1773年、方塔纳(Fontana)在1777年分别发现木炭能吸附大量的气体及空气。v1785年，洛维茨

4、证实木炭能使某些液体脱色。这一发现导致木炭于1794年在英国精制糖厂中首次获得工业应用。v18世纪末，人们首次发现木炭的吸附世纪末，人们首次发现木炭的吸附能力能力v (2)、工业生产工业生产出现(1900-1925年)：1900-1901年，奥斯特雷杰科(Ostrejko)发发明了金属氯化物和植物原料混合来制造活性炭的两项专利。1909年以木炭为原料用气体法在欧洲开始生产粉状活性炭，1911年荷兰NORTE炭出售(后成为命名的糖用碳)，v1911年在维也纳附近的Fanto工厂首次用水蒸气活化法生产出Eponit粉状炭，1913年又用氯化锌活化法生产出防毒面具用的粒状活性炭。v从20世纪初至20

5、世纪中期，由于战争战争的原因，防毒面具用活性炭和糖厂用的脱色炭有很大发展。v第二次世界大战开始后，要求可靠性更高的防毒面具，煤煤开始作为生产活性炭的原料，出现了压块、压伸工艺制造技术。v (3)、成长期成长期(1925-1950)，20年代初期在欧洲，活性炭的用途已扩大到矿物油、植物油和化学药品的精制。v1926年以后，活性炭制法研究集中在荷兰，而理论方面研究集中在德国德国。v1929年以后，在美国美国开始把粉状活性炭用于水处理(每年2000-3000 t)。这时原料使用相当广泛，扩展到用果壳、核、泥煤等。活化方法也多种多样，理论研究进一步深化。 v1938年布朗诺尔、埃米特、泰勒(Bruna

6、uer, Emmett, Teuer) 3人在朗格谬尔(Langmuir)动力学吸附理论的基础上，提出了多分子层吸附理论(简称BET理论)和著名的BET方程。v1943年美国匹斯堡活性炭公司(现在的Calgoh公司)首次采用烟煤压块、水蒸气活化工艺制造军用活性炭。v德国和日本采用挤压成型制造柱状活性炭。在此期间，基础性研究也有了一些进展。v(4)、新发展新发展期(19501975年)。第二次世界大战后活性炭工业的主导权己从欧洲转到美国，为保护环境和节省能源，活性炭用途已扩大到空气净化、废水处理、香烟滤嘴空气净化、废水处理、香烟滤嘴等方面、原料来源转向煤、石油。多层耙式炉、流动床炉等气体活化法气

7、体活化法逐步扩大，药品(氯化锌)活化法逐渐减少、再生再生技术提上日程，进入现代化工业水平。这时在美国活性炭的应用巳遍及17个行业个行业，如自来水、工业用水净化，气体净化、分离，溶剂回收，制糖等。v工业应用促使活性炭吸附理论和空隙结构研究有很大进展。 v苏联学者杜宾宁(Dubinin)等人发展了Polanyi的吸附势理论，提出了体积填充理论和计算活性炭孔分布的D-R ( Dubinin-Radushkevioh)和D-A (Dubinin-Astakhor)方程，成为当今人们研究活性炭孔结构的重要理论和方法。v从20世纪70年代初开始，随着现代工业和环境科学的发展，出现了许多活性炭新品种和新应用

8、，如球形炭、浸渍炭、球形炭、浸渍炭、纤维活性碳纤维活性碳等。v活性炭的产量和质量也在不断提高，至80年代末全世界活性炭年销售量约60万吨，v其中以煤为原料加工制成的活性炭占60%以上。三三、我国活性炭工业的创立与发展 v1、企业发展、企业发展v我国的活性炭工业初创于50年代年代，v60-70年打基础，前30年经过马鞍形、螺旋式曲折发展历程、基本上建成了独立、完整、初具规模的工业体系。v目前年产量达10余万t，仅次于美国、俄罗斯、日本居世界第日本居世界第4位位，比初期增长3000余倍，翻了30多番；v活性炭工业产值在整个林化产品个仅次于纸和林化产品个仅次于纸和松香居第松香居第3位位。 在活性炭工

9、业的发展史上，有代表性的事件记录如下： v1949年，沈阳东北制药总厂多管炉投产：(木炭原料，粉状药用碳)、v1951年，青岛东风化工厂焖烧炉投产(木屑原料，粉状药用炭等)。v1957年，上海新中国化工厂建成氯化锌法土法生产车间(木屑原料，糖用粉状炭)；接着在杭州木材厂建成了同样的车间。v1960年，在太原908厂建成斯列普炉斯列普炉，国家重点项日活性炭最大专业厂投产(煤、果壳原料，生产颗粒炭)，v 1965年青岛东风化工厂建成间歇式沸腾炉生产车间。v 1966年，黑龙江铁力干馏场建成回转炉法活性碳车间(木炭原料水蒸汽法粉炭)。v 1970年，北京光华木材厂建成厂鞍式炉法活性炭车间。用椰壳、杏

10、核等果壳(核)作原料生产维尼纶载体活性炭。v 1975年以前我国活性炭工业还没有负责协调发展的主管单位，产量一直在1万万t以下波浪起伏。v 1976年，农林部、对外贸易部共同在江西怀玉山召开了全国第一次活性炭座谈会，开始有意主管活性炭生产，对活性炭生产的发展起到了很大的推动作用。 1981年，在重庆召开第一次全国活性炭学术讨论会时，活性炭产量首次过1万t，达到12万t。v1983年，在太原召开第二次全国活性炭学术讨论会时产量翻番达35万t。v 1987年，在北京召开第三次全国活性炭学术讨论会时统计产量达45万t。v l991年，在上海召开第四次全国活性炭学术讨论会时统汁产量达55万t。v199

11、2-1993年分别召开全国活性炭行业协会和全国活性炭学术讨论会时统计产量达6万t，生产能力有l0万t。v2、活性炭的产量、活性炭的产量v2007年活性炭产量 150，000吨 颗粒颗粒活性炭总产量 85，000吨 粉状粉状活性炭总产量 65，000吨v 1990年1995年2000年2005年2010年活性炭总产量 43.0 67.0 100.9 149.6 216.1活性炭进口量 0.9 1.4 2.1 3.1 4.5活性炭出口量 25.6 40.1 60.0 91.1 135.7活性炭净出口量 24.7 38.7 57.9 88.0 131.2市场总消费量 18.3 28.3 43.0 6

12、1.6 84.9水处理水处理 3.1 4.8 7.6 11.3 15.6食品 5.3 8.5 13.2 18.5 25.7汽车 4.1 6.3 9.7 14.4 19.8溶剂与废气回收 2.3 3.5 5.5 7.8 10.8空气净化 3.5 5.2 7.0 9.7 13.0v 颗粒颗粒活性炭总产量 85，300v 银川活性炭厂 8，300v 北大旺庄活性炭厂（音译） 6，700v 宁夏华辉活性炭有限公司 5，000v 大同光华活性炭厂 4，200v 江西怀玉山活性炭（集团）有限公司 4，000v 福建南平元力活性炭厂 3，400v 大同活性炭厂 3，200v 宁夏广厦万德活性炭股份有限公司

13、2，500v 江苏溧阳南方活性炭厂 2，500v 赤峰有机化工厂 2，300v 其他 33，200v 粉状粉状活性炭总产量 65，600v 竹溪活性炭有限公司 8，500v 福建南平元力活性炭有限公司 4，300v 江西怀玉山活性炭(集团)有限公司 4，200v 宁夏华辉活性炭有限公司 3，400v 北大旺庄活性炭厂（音译） 3，360v 宁夏广厦万德活性炭股份公司 3，300v 山西新华化工厂 2，900v 重庆酒用活性炭厂 2，500v 上海亿鑫活性炭有限公司 1，700v 江苏溧阳南方活性炭厂 1，700v 其 他 11，740v在中国，竹溪活性炭竹溪活性炭有限公司是最大的生产粉状活性炭

14、的公司。这家公司的市场份额是18.6%(粉状活性炭的总产量是45，600吨)，同年产量也达8，500吨。福建南平元力活性炭有限公司有大约4，300吨的产量，2000年，他拥有约9.4%的市场份额。其他生产商例如宁夏华辉活性炭有限公司（7.5%），北大旺庄活性炭厂（音译）(7.3%)，宁夏广厦万德活性炭股份公司(7.2%)和山西新华化工厂(6.4%)是中国生产粉状活性炭的主要生产商。v3、主要外国投资、主要外国投资竹溪活性炭有限公司 10，000吨 竹溪唐山建新活性炭厂 5，000吨 唐山序号国家或地区年生产能力（万t/a） 1 2 3 4 5 美国西欧日本东欧东南亚 19.62109.4 10

15、 9.1 1999年世界主要活性炭生产国和地区活性炭生产v4、我国出口地格局：v 2002年前10位出口省、市依次是山西、北京、宁夏、天津、福建、江山西、北京、宁夏、天津、福建、江西、上海、河北、江苏、吉林西、上海、河北、江苏、吉林；这基本和我国活性炭的生产布局差不多；2001年的顺序是山西、北京、宁夏、福建、天津、江西、江苏、河北、上海、吉林。v5、国外出口市场格局： 多年来，我国的活性炭主要出口到日、美、韩、日、美、韩、欧洲和其他一些发达国家欧洲和其他一些发达国家。从上世纪80年代起，由于发达国家考虑到自然资源保护和高劳动力成本问题，这些国家的公司多已从单一生产商转变成为结合研究、生产和管

16、理的新型公司，他们使用高新技术来开发新产品和扩大市场需求。这些公司从我国或其他东南亚的国家买来大量的初级产品和半成品，然后精炼这些产品或改变包装，再进行转口贸易，而不是由他们自己生产产品，而转向通过运用他们在技术、设备、资本、销售网络和商标上的优势，来赚到超额利润，这些利润往往是货物自身价值的几倍。有关的资料显示，从我国出口的活性炭产品，其CIF价格甚至比某些目的地国家在其国内市场买来的原料还要便宜。2000-2007年8月我国活性炭出口单价走势图 单位：美元/吨从近10多年的情况看，我国活性炭工业的发展趋势为：v(1) 活性炭厂从城市向乡村和原料产区转移，以解决污染和原料问题。v(2) 乡镇

17、、个体办的活性炭小厂如雨后春笋，在很多山区成了致富门路之一。v (3) 对外技术合作和贸易有突破性发展。v (4) 科技教育蓬勃发展，多行业、多部门都科技教育蓬勃发展，多行业、多部门都涉足活性炭领域。涉足活性炭领域。 v 目前，我国有30多个大学、科研所和设计院进行有关活性炭的科研和技术开发工作。对活性炭工业的发展起到了推动作用。v我国的活性炭工业同美、日等国比仍有较大的差距，如小厂多，分散，生产工艺、设备比较落后等。今后随着工业的发展，人民生活水平的提高，活性炭的生产必将飞跃到一个新的水平。清华大学新型炭材料研究室清华大学新型炭材料研究室v隶属于隶属于清华大学材料科学与工程院清华大学材料科学

18、与工程院（系）教育部先（系）教育部先进材料实验室。研究室主要从事天然石墨（鳞片石进材料实验室。研究室主要从事天然石墨（鳞片石墨，微晶石墨）的深加工技术，多孔炭材料的制备墨，微晶石墨）的深加工技术，多孔炭材料的制备和表征，及其在储能、节能、环保、绿色制造等方和表征，及其在储能、节能、环保、绿色制造等方面的应用研究。主要有以下几个研究方向：面的应用研究。主要有以下几个研究方向：v（1）石墨工艺与天然石墨深加工技术；）石墨工艺与天然石墨深加工技术；v（2）环保材料与吸附过滤；（）环保材料与吸附过滤；（活性炭）v（3）储能材料储能材料与高性能电池；与高性能电池； （活性炭）v（4）节能材料与绿色制造。

19、（碳纳米管）节能材料与绿色制造。（碳纳米管）v低硫膨胀石墨/柔性石墨的制备v 多孔石墨对粘稠类有机液体的超吸附行为和再生技术研究v 膨胀石墨基隐身功能与机理研究v 石墨基燃料电池双极板制备与研究v 天然微晶石墨用作锂离子二次电池阳极材料的开发v 多孔炭材料的制备以及其对挥发性有机物和腐蚀性多孔炭材料的制备以及其对挥发性有机物和腐蚀性气体的吸附规律研究气体的吸附规律研究v 天然多孔矿物与碳反应过程的基本物理化学问题v 室内空气质量的评估与控制技术室内空气质量的评估与控制技术v 超临界环境下炭材料纳米孔空间形成过程的研究四四、活性炭分类v 由于原料来源、制造方法、外观形状和应用场合不同，活性炭品种

20、不下千种。 1、按原料来源分 (1)、木质活性炭：木质活性炭：以木屑、木炭等制成的活性炭。 果壳（果核）活性炭：以椰子壳、橄榄壳、核桃壳、杏核等制成的活性炭。 (2)、动物质原料活性炭：动物质原料活性炭：兽骨、血炭 (3)、矿物质原料活性炭矿物质原料活性炭 煤质活性炭煤质活性炭：以褐煤、泥煤、烟煤、无烟煤等制成的活性炭。 石油类活性炭：石油类活性炭：以沥青等为原料制成沥青基球状的活性炭。 (4)、其它原料的活性炭其它原料的活性炭 含碳的有机废料和农业副产品，例如稻壳、稻草、棉子壳、咖啡豆梗、油棕壳、糠醛渣、甘蔗渣、纸浆废液、合成树脂等等都可化无用为有用制成活性炭。 (5)、再生活性炭再生活性炭

21、： （Reactivated Carbon）,与原活性炭(Virgin Active Carbon)相区分。 2、按制造方法分v(1)、物理法活性炭、物理法活性炭v 以炭为原料用水蒸汽、二氧化碳、空气（主要是氧）或它们的混合物（烟道气）为活化介质，在高温下（6001000）进行活化制取活性炭的方法叫物理法。物理法制造的活性炭叫物理法活性炭，也称作物理炭。 v一般说来物理炭的微孔微孔（孔直径或孔宽小于1.5纳米的孔隙）发达，主要用于气相气相吸附场合或小分小分子液相子液相吸附场合。 (2)、化学法活性炭、化学法活性炭(化学炭化学炭) 将含碳原料与某些化学药品混合后进行热处理，制取活性炭的方法叫化学

22、法。用化学法生产的活性炭又称为化学法活性炭或化学炭。 v 化学品法活化的活性炭：例如以氯化锌作活化剂，原料和氯化锌溶液混合后，在隔绝空气下加热到约700，生成活性炭。 v 一般说来，化学炭的孔隙中次微孔、次微孔、中孔中孔（即孔直径或孔宽大于1.5纳米的孔隙）较发达，主要用于液相吸附精制和溶剂回收的气相（蒸汽）吸附场合。 化学法制造活性炭由于加入了化学药品在制造过程中应当极其重视环境保护以及产品中可能存在微量非原料带入的元素的影响问题。（3）、化学-物理法或物理-化学法活性炭v 在了解化学炭和物理炭的同时，还应当提及化学-物理法或物理-化学法活性炭。选用不同的原料和采用不同的化学法与物理法的组合

23、可以对活性炭的孔隙结构进行调控孔隙结构进行调控，从而制取许多性能不同的活性炭。这种化学-物理法或物理-化学法是许多年来及今后相当长时期内世界各国活性炭工作者非常关注的活性炭制取方法。 3 、按外观形状分v（1）、粉状活性炭 一般将90%以上通过80目目标准筛或粒度小于0.175mm的活性炭通称粉状活性炭或粉状炭。v 粉状活性炭是非常微细的粉末，绝大部分可通过200 目筛网(74m) ，大部分可通过325目筛网(43m) ，粉的尺寸在1150m之间(平均约40m)。v 通常，炭粉越细，表面积大，吸附能力大，它对杂质的吸附速度越大。故常将活性炭产品进行高度的破碎和筛选，得到微细的粉末。v 吸附特定

24、大分子有机物，对于木质碳而言，250目的吸附效果比200目提高10.01，325目的比200目提高25.3；对于煤质而言，250目的吸附效果比200目提高66.2，325目的比200目提高101.5。对于木质和煤质活性炭吸附特定大分子有机物效果比较，木质远远优于煤质。粉状炭的不足v 粉状炭在使用时有吸附速度较快，吸附能力使用充分等优点，但需专有的分离方法分离方法。随着分离技术的进步和某些应用要求的出现，粉状炭的粒度有越来越细化的倾向，有的场合已达到微米甚至纳米级。v 粉状炭的缺点是再生比较困难再生比较困难，通常不再生使用粉状炭需要相当大的混合池和沉淀池以及混合、沉淀、过滤、分离等多道工序，操作

25、困难，失效的活性炭不能再生使用，故消耗量较大(近年也有研究将它再生)。（2） 颗粒活性炭v 通常把粒度大于0.175mm的活性炭称作颗料活性炭。 v 较早阶段粉状炭的产量与用量均超过粒状炭。糖和药品的脱色精制以及早期的水处理都以粉状炭为主。后来随着应用范围的扩大、使用工艺的改进，特别是再生方法与再再生方法与再生设备的解决生设备的解决，使粒状炭的用量不断上升。加上各种煤制粒状炭的开发，使成本降低，汽量增加，因此粒状活性炭的产量与用量逐渐超过了粉状活性炭。v 六十年代以后，随着环境保护事业的发展，各国开始采用和建立大型的粒状活性炭净化自来水的装置和工业废水的净化处理装置。将粒状活性炭装在吸附塔或吸

26、附池内，水以一定的流速通过活性炭装填层，以达到净化的目的。可以间隙或连续操作，失效的粒状炭经再生多次使用，明显降低了炭的用量。使用中没有二次淤渣使用中没有二次淤渣和粉尘，也改善了操作条件和粉尘，也改善了操作条件。v 在气相应用方面，几乎从一开始就主要采用粒状炭，因为粉状炭是难以使气流顺利通过的。v 美国六十年代初粒状炭仅占活性炭年总产量的五分之一。而八十年代初，粒状炭与粉状炭己经平分秋色，以后仍成逐步增长的趋势。v 我国到七十年代末，粒状炭产量大约仅占年总产量的四分之一，目前已经超过一半。近几年国内再次掀起的“活性炭”热新上马的厂家大都以粒状炭为主，而且更多的是以各种煤为基质原料。、 不定型颗

27、料活性炭 v 不定型颗料活性炭一般由颗料状原料经炭化、活化，然后破碎筛分至需要粒度制成，也可以用粉状活性炭加入适当的粘结剂经适当加工而成。v 不定型颗粒活性炭以上下限尺寸表示粒度范围，用乘上100的数字标出，例如上限下限，3559，表示粒度的范围为0.350.59mm。、园柱形活性炭 v 园柱形活性炭又称柱状炭，一般由粉状原料和粘结剂经混捏、挤压成型再经炭化、活化等工序制成。也可以用粉状活性炭加粘结剂挤压成型。柱状炭又有实心和中空之分，中空柱状炭是柱状炭内有人造的一个或若干个有规则的小孔。 v 圆柱形活性炭：以圆柱形的颗粒的横截面的直径表示，用乘上10的数字标出。例如圆柱体直径30，表示圆柱体

28、横截面的直径为3mm。v柱状活性炭、破碎活性炭和粉状活性炭，主要规格有3.0、4.5、5.5 、7.0 , 4x8目、8x30目、12x40目、200目、325目等， 、 球形活性炭 v 球形活性炭故名思义是园球形的活性炭，它的制取方法与柱状炭类似，但有成球过程。也可以用液态含碳原料经喷雾造粒、氧化、炭化、活化制成，还可以用粉状活性炭加粘结剂成球加工而成。球形活性炭也有实心和空心球形活性炭之分。 v 球形活性炭：以球形颗粒的直径表示，用乘上10的数字标出。例如球形直径为20，表示球体直径为2mm。形状最好，需造粒形状最好，需造粒。 v球形活性碳具有壓降小，磨耗率低且容易操作之優球形活性碳具有壓

29、降小，磨耗率低且容易操作之優點，正常狀況下磨耗量約點，正常狀況下磨耗量約0.3g/m2。hr，大都利用，大都利用於流體化床的系統。於流體化床的系統。（3） 其它形状的活性炭v 除了粉状活性炭和颗粒活性炭两大类外，还有其他形状的，如活性炭纤维、活性炭纤维毯、活性炭布、蜂窝状活性炭、活性炭板等等。、纖維狀活性碳纖維狀活性碳v活性炭纤维是指纤维直径活性炭纤维是指纤维直径810m活性炭，活性炭，v以粘胶丝、聚丙烯纤维等为原料，用气体活化制成，比一以粘胶丝、聚丙烯纤维等为原料，用气体活化制成，比一般活性炭有较大的吸附量、吸附速度和脱吸速度，并有可般活性炭有较大的吸附量、吸附速度和脱吸速度，并有可挠性，能

30、加工成各种形状的挠性，能加工成各种形状的织物织物。v主要目的是揉和粉末活性碳高面積、高吸附力及粒狀活性主要目的是揉和粉末活性碳高面積、高吸附力及粒狀活性碳壓降小、可再生的優點，而且具有獨特的強度，可二次碳壓降小、可再生的優點，而且具有獨特的強度，可二次加工，通常其吸脫附性能也頗良好。表面積高達加工，通常其吸脫附性能也頗良好。表面積高達2500m2/g2500m2/g。、表面塗佈之基材活性碳表面塗佈之基材活性碳 v 表面塗佈之基材活性碳多用於微量污表面塗佈之基材活性碳多用於微量污染物之去除，如潔淨室之淨化等。染物之去除，如潔淨室之淨化等。v 直接塗佈形，大都以陶瓷纖維紙或玻直接塗佈形，大都以陶瓷

31、纖維紙或玻璃纖維紙等耐燃性物質為基材，先成型璃纖維紙等耐燃性物質為基材，先成型為蜂巢狀，再將含有黏合劑之碳粉塗佈為蜂巢狀，再將含有黏合劑之碳粉塗佈分散於基材表面，此產品由於屬於較均分散於基材表面，此產品由於屬於較均一之薄薄一層，效率較高，且在高風速一之薄薄一層，效率較高，且在高風速流量時，例如；面速度流量時，例如；面速度2.5m/s2.5m/s壓降最低壓降最低（70Pa70Pa）。）。、活性碳活性碳混紡混紡织物织物v 三明治形，主要以不織布將微粒狀之活性碳三明治形，主要以不織布將微粒狀之活性碳夾在中間，此多做成折疊狀之濾材成品。夾在中間，此多做成折疊狀之濾材成品。v 由於碳粒與碳粒之間無法緊密

32、結合，一般而由於碳粒與碳粒之間無法緊密結合，一般而言，此類型之產品效率較差，無達到極低濃度言，此類型之產品效率較差，無達到極低濃度的去除效果，且使用時，壓降也較大。的去除效果，且使用時，壓降也較大。v 混紡形則為將碳粉加入高分子材料中，再製混紡形則為將碳粉加入高分子材料中，再製成絲後織成產物，亦有混入紙漿內，再進行抄成絲後織成產物，亦有混入紙漿內，再進行抄紙等製成產品，由於可添加之量有限，使用之紙等製成產品，由於可添加之量有限，使用之壽命較短，且價格較貴。壽命較短，且價格較貴。 本产品采用高效吸附过滤材料活性炭与无纺布复合型的本产品采用高效吸附过滤材料活性炭与无纺布复合型的过滤介质，在既能过滤

33、液体中颗粒杂质的同时，又能高效的过滤介质，在既能过滤液体中颗粒杂质的同时，又能高效的去除分解液体中的异味及化学污染物质，如有机物、有害物去除分解液体中的异味及化学污染物质，如有机物、有害物质及重金属，是液体过滤技术中的一种新型滤材。主要用于质及重金属，是液体过滤技术中的一种新型滤材。主要用于工业水的净化处理，能有效去处水中异味及化学污染物质。工业水的净化处理，能有效去处水中异味及化学污染物质。 适用于生活用水过滤，化学工业、医药制品、机械工业、适用于生活用水过滤，化学工业、医药制品、机械工业、电子行业及食品饮料行业的过滤与净化电子行业及食品饮料行业的过滤与净化活性炭纸活性炭纸Activated

34、 Carbon Paper 活性炭纸是经特殊设计将优质活性炭粉制成的一种滤材。兼有活性炭的吸附功能和过滤微粒的性能，并可适应缠绕或折叠等方式的机械加工，主要适用于水处理和空气净化。克重(g/m2): 100-250厚度(mm): 0.4-1.2活性炭含量(%): 50透气量 (L/min.100cm2): 225吸苯量 (mg/g): 200 60.00 元/kg 无纺布活性炭根据加工方无纺布活性炭根据加工方式不一样，分单面活性炭式不一样，分单面活性炭布、双面活性炭布，夹炭布、双面活性炭布，夹炭无纺布。具有良好的吸附无纺布。具有良好的吸附性能，厚度薄性能，厚度薄,透气性好透气性好, 易于热合成

35、形，可有效吸易于热合成形，可有效吸附各种工业废气，如苯、附各种工业废气，如苯、甲醛、氨气、二氧化硫等。甲醛、氨气、二氧化硫等。该产品目前已被广泛应用该产品目前已被广泛应用在中央空调过滤器、汽车在中央空调过滤器、汽车滤清器、防护服、活性炭滤清器、防护服、活性炭口罩，除臭鞋材等多个领口罩，除臭鞋材等多个领域。域。 4、按孔容分v（1） 大孔型活性炭：所含大孔、中大孔型活性炭：所含大孔、中孔、微孔中，以大孔体积较大的活性炭。孔、微孔中，以大孔体积较大的活性炭。v（2） 细孔型活性炭：所含大孔、中细孔型活性炭：所含大孔、中孔、微孔中，以微孔体积较大的活性炭。孔、微孔中，以微孔体积较大的活性炭。v活性炭

36、孔径一般分为三类：大孔：活性炭孔径一般分为三类：大孔：1000-1000000A过渡孔：过渡孔：20-1000A微微孔：孔：20A5、按机能分v高比表面积活性炭、分子筛活性炭、高比表面积活性炭、分子筛活性炭、添载活性炭、生物活性炭等添载活性炭、生物活性炭等v载银活性炭载银活性炭v载生物活性炭载生物活性炭6、按应用场合分 v 前已述及活性炭广泛应用于几乎所有国民经济部门和人们的日常生活，正因为如此，按活性炭应用场合进行分类是很困难的，问题在于同一种活性炭可以应用于多种场合，而某种场合又可以用多种活性炭达到相同的目的。人们往往是由应用来获得对活性炭的认识的，所以往往在活性炭词语前冠似活性炭也作为的

37、定俗成的活性炭的模糊分类方法。如糖用活性炭、针剂活性炭、味精活性炭、净水活性炭等。 v不同应用几乎都有相应的品种，不胜枚举。目前中外已有质量标准的部分应用有：v1、净水用；2、糖液脱色用；3、味精精制用；4、防毒面具用；5、气相色谱用；6、分析用；7、测试土壤用；8、测试AOX用；9、改正酒味酒香用；10、去放射性碘用；11、药典级；12、食品添加剂级；13、化学试剂级。v 一般以用途为主分类一般以用途为主分类，定出各项指标规格，v指标按国家标准规定方法进行测定。 电子专用炭 本产品主要用于：电子行业的高纯水净化。具有吸附速度快、吸附能力强，化学纯度高等特点。 项目指标： 粒 12-20目 度

38、 1.6-0.9mm % 96 ；碘值 mg/g 980； 强度 % 98 ；干燥减量 % 10 ；灰分 % 3 ；PH值 6-8 ；充填比重 0.4-0.45 电镀专用炭电镀专用炭 本产品主要用于镀镍、氢化镀铜、镀银、及铜锡合金、本产品主要用于镀镍、氢化镀铜、镀银、及铜锡合金、HEDP镀铜、镀烙等金属精加工。产品吸附效果好，因镀铜、镀烙等金属精加工。产品吸附效果好，因而使镀屋无脆性并防止镀层发花现象产生。而使镀屋无脆性并防止镀层发花现象产生。 项目指标：项目指标： 粒粒 50-80目目 度度 0.35-0.18mm % 95； 碘值碘值 mg/g 950 ；亚甲兰脱色力；亚甲兰脱色力 % 9

39、 ；充填比重；充填比重 0.37-0.45 ；干燥减量；干燥减量 % 10； 可溶性灰分可溶性灰分 在在HEDP镀液中镀液中显阴性显阴性杏壳净水炭杏壳净水炭 本产品具有发达的孔隙结构，对净化饮用水有极的本产品具有发达的孔隙结构，对净化饮用水有极的效能，能除去水中异臭、异味、氯、酚、汞、铅、效能，能除去水中异臭、异味、氯、酚、汞、铅、砷、等有害物质，并提高色度，是装填家庭、社会砷、等有害物质，并提高色度，是装填家庭、社会团体、宾馆及高级净化水生产设备的理想材料。团体、宾馆及高级净化水生产设备的理想材料。 一极品一极品 二极品二极品 粒粒 10-24目目 度度 2.0-0.8mm % 95 95；

40、 碘值碘值 mg/g 1000 900 ；亚甲兰脱色力；亚甲兰脱色力 ml 11 9； 强度强度 % 95 90 ；干燥减量；干燥减量 % 10 10 ；灼烧残渣灼烧残渣 % 3 3 ；充填比重；充填比重 0.45-0.5 0.45-0.5 ；PH值值 6-8 6-8油脂脱色活性炭油脂脱色活性炭 本产品用于工业油、矿物油、食用油的脱色、去杂味及胶本产品用于工业油、矿物油、食用油的脱色、去杂味及胶杂质，广泛用于食品工业和化学工业的液相脱色与精制。杂质，广泛用于食品工业和化学工业的液相脱色与精制。 项目指标：项目指标： 粒粒 20-40目目 度度 0.9-0.45mm % 98； 强度强度 % 9

41、2 ；碘值；碘值 mg/g 950 ；干燥减量；干燥减量 % 10 ；灰分；灰分 % 3 ；酸溶物酸溶物 % 0.2； 醇溶物醇溶物 % 3.5 ；氯化物；氯化物 % 0.10 ；铁；铁 % 0.15； 硫化物硫化物 % 0.15； 重金属重金属 % 0.005； 充填比充填比重重 0.37-0.45 PH值值 6-8粉状活性炭粉状活性炭 本产品主要用于味精、柠檬酸、氨基酸、啤酒、汽水、清本产品主要用于味精、柠檬酸、氨基酸、啤酒、汽水、清凉饮料葡萄和搞菌素等的脱色提纯。凉饮料葡萄和搞菌素等的脱色提纯。 项目指标项目指标 ：粒度：粒度100目目 0.15mm % 95 ；亚甲兰脱色力；亚甲兰脱色

42、力 ml 11 ；碘吸附值；碘吸附值 mg/g 950 ；总铁量；总铁量 % 0.10 ；干燥减；干燥减量量 % 10 ；氯化物；氯化物 % 0.20 ；灼烧残渣；灼烧残渣 % 3 ；PH值值 6-8味精专用炭味精专用炭 本产品主要供味精工业装填吸附塔进行味精母液的本产品主要供味精工业装填吸附塔进行味精母液的连续脱色，提高味精的质量，减少粉状活性炭消耗量，还可装连续脱色，提高味精的质量，减少粉状活性炭消耗量，还可装填各种塔柱在医药工业上供液相连续脱色，也可用有机溶剂等填各种塔柱在医药工业上供液相连续脱色，也可用有机溶剂等工业的脱色、除臭和精制。工业的脱色、除臭和精制。 项目指标：项目指标： 粒

43、粒 24-48目；目； 度度 0.8-0.35mm % 95； 碘值碘值 mg/g 1000； 强度强度 % 92 ；亚甲兰脱色力；亚甲兰脱色力 ml 13 ；干燥减量；干燥减量 % 10 ；充填比重；充填比重 0.37-0.45 ；总铁量；总铁量 % 0.10； PH值值 5-7颗粒空气净化炭颗粒空气净化炭 主要用途：本品用于气相吸附领域，回收醇、酯、烃和芳香族主要用途：本品用于气相吸附领域，回收醇、酯、烃和芳香族等有机溶剂，也可用于空气过滤、净化、去除有害气体等。等有机溶剂，也可用于空气过滤、净化、去除有害气体等。 项目指标项目指标 ：粒：粒 4-10目；目； 度度 5.44-2.0mm

44、% 85； 碘值碘值 mg/g 1000 ；强度；强度 % 96 ；干燥减量；干燥减量 % 10 ；充填比重；充填比重 0.4-0.5 ；PH值值 6-8活性炭过滤棉活性炭过滤棉 纤维状活性炭滤棉是以优质粉状活性炭为吸附材料，将其载附在纤维状活性炭滤棉是以优质粉状活性炭为吸附材料，将其载附在空气过滤无纺纤维基体之上制成，具有良好的吸附性和集尘效果，空气过滤无纺纤维基体之上制成，具有良好的吸附性和集尘效果，成型性好成型性好(任意裁剪、折叠任意裁剪、折叠)、强度高、气流阻力较小，主要用于油、强度高、气流阻力较小，主要用于油烟净化；各种家用、车用空调、空气过滤器配套；水质净化、气烟净化；各种家用、车

45、用空调、空气过滤器配套；水质净化、气相吸附等。它可单独使用，去除微尘、烟雾、臭味、及挥发性有相吸附等。它可单独使用，去除微尘、烟雾、臭味、及挥发性有机污染物苯、甲醛等；亦可与超细熔喷纤维、粗效过滤棉复合，机污染物苯、甲醛等；亦可与超细熔喷纤维、粗效过滤棉复合，达到更高滤尘、除臭功效。达到更高滤尘、除臭功效。 可根据客户要求定制、按相应尺寸裁可根据客户要求定制、按相应尺寸裁剪。剪。 主要指标：主要指标：(以厚度以厚度4mm滤材测试滤材测试) 炭含量：炭含量：40% ；苯吸附：；苯吸附： 15% ；四氯化炭吸附：；四氯化炭吸附：35% ；阻；阻 力：气体流量为力：气体流量为0.8升升/秒秒.平平方

46、厘米方厘米 ；压降；压降 0.8 pa7、再生炭v以用过的废炭为原料，进行再活化处理的再以用过的废炭为原料，进行再活化处理的再生炭生炭(ReactivatedCarbon)，v与原生活性炭与原生活性炭(Virgin Active Carbon)相区分，相区分，在国外是一类重要商品。在国外是一类重要商品。v降低活性炭使用成本的主要途径。降低活性炭使用成本的主要途径。8、活性炭雕、活性炭雕第二节第二节、活性炭的微观结构活性炭的微观结构一、微晶微晶质炭质炭材料的研究手段材料的研究手段二、游离态碳的存在方式二、游离态碳的存在方式三、三、活性炭的活性炭的微晶结构微晶结构 一、一、微晶质炭材料的研究手段微

47、晶质炭材料的研究手段 1、微晶质炭中的元素组成、微晶质炭中的元素组成、含量及存在方含量及存在方式的研究：式的研究：元素分析、红外光谱、元素分析、红外光谱、X X射线光电射线光电子能谱、核磁共子能谱、核磁共 振等。振等。 2、类石墨类石墨微晶结构微晶结构及其含量的研究：及其含量的研究：高分高分辨率透射电子显微镜、辨率透射电子显微镜、X X射线衍射、拉曼光谱射线衍射、拉曼光谱等等。 3 3、炭化过程中炭化过程中物质形态结构物质形态结构的电子结构的电子结构变变化化的研究：的研究：偏光显微镜、扫描电子显微镜偏光显微镜、扫描电子显微镜、电电子自旋共振子自旋共振。 4 4、孔隙结构孔隙结构的解析：的解析：

48、液氮吸附孔隙解析仪液氮吸附孔隙解析仪和压汞法解析孔隙结构和压汞法解析孔隙结构,BET-,BET-比表面测定仪比表面测定仪 5 5、电子结构的分析：、电子结构的分析：电子自旋共振光谱电子自旋共振光谱。 二、游离态碳的存在方式二、游离态碳的存在方式(一一)、结晶态炭结晶态炭单质单质的微观结构的微观结构1、 金刚石金刚石 碳原子：碳原子：SP3杂化；杂化； 键长：键长：0.154nm 维度：三维，立体结构维度：三维，立体结构 白色、白色、坚硬坚硬的结晶体。的结晶体。碳原子以共价碳原子以共价键的形式有序地排列成正四面体键的形式有序地排列成正四面体，即，即每个居正四面体中心的碳原子与四个每个居正四面体中

49、心的碳原子与四个居顶点的碳原子以共价键形式联结，居顶点的碳原子以共价键形式联结，形成坚固的骨架结构形成坚固的骨架结构 。刀片，锯片，钻头，砂轮等刀片，锯片，钻头，砂轮等有句老话叫做有句老话叫做“你没有金钢钻，就别揽瓷器活你没有金钢钻，就别揽瓷器活”， 人造人造金刚石金刚石:2000高温和高温和5.5万个大气压万个大气压 2、石墨 碳原子：碳原子：SP2杂化；杂化； 键长：键长：0.143nm 层间距：层间距：0.335nm； 维度：二维，平面结构。维度：二维，平面结构。v每个层可以看作一个大分子，石墨每个层可以看作一个大分子，石墨整体由许多相互平行的层片组成，整体由许多相互平行的层片组成，两层

50、间距两层间距0. 335 .m。对每个碳原子。对每个碳原子来说。它的四个电子只有三个与它来说。它的四个电子只有三个与它在同平面层内另外三个碳原子形成在同平面层内另外三个碳原子形成共价键，一个电子是自由电子，整共价键，一个电子是自由电子，整层形成一个大层形成一个大键，二层间就是靠键，二层间就是靠键联结，引力较弱相当于分子间键联结，引力较弱相当于分子间的范德华引力。故石墨层间很容易的范德华引力。故石墨层间很容易剥离，显各向异性剥离，显各向异性 ，层与层之间，层与层之间很容易滑动，硬度较小。很容易滑动，硬度较小。 电子、机电、通讯、印刷、航空航电子、机电、通讯、印刷、航空航天、军事天、军事 石墨炸弹

51、 是一种深灰色的是一种深灰色的有金属光泽而不透明有金属光泽而不透明的细鳞片状固体。的细鳞片状固体。石墨石墨很软很软，有滑腻感。，有滑腻感。在纸上画过能留下深在纸上画过能留下深灰色的痕迹。灰色的痕迹。此外，石墨还具有优此外，石墨还具有优良的导电性能。良的导电性能。 石墨石墨3、富勒碳：C60（巴基球，足球烯 ）碳原子：碳原子：SPSP2 2杂化杂化 键长：五边形的边为单键，键长：五边形的边为单键，键为键为.1455nm.1455nm，六边形所共有的边为双键，六边形所共有的边为双键，键长键长0.1391nm0.1391nm。 结构：结构：1212个正五边形和个正五边形和2020个正六边形镶嵌而成的

52、具有个正六边形镶嵌而成的具有3232个面和个面和6060个连接点的球状个连接点的球状分子。分子。 维度：零维维度：零维独特的结构和奇异的物理化独特的结构和奇异的物理化学性学性富勒烯富勒烯 1985年，英国Sussex大学的H. W. Kroto等人用激光作石墨的气化试验发现了C60，这是一种由60个碳原子组成的稳定原子簇。此后又发现了C50、C70、C240乃至C540，它们都是具有空心的球形结构，属于笼形碳原子簇分子。由于C60的结构类似建筑师Buckminster Fuller设计的 圆 顶 建 筑 ， 因 而 称 为 富 勒 烯(Fullerend)，也有布基球、足球烯、球碳、笼碳等名称

53、。 以C60为代表的富勒烯是继金刚石、石墨后发现的第3种碳的同素异形体。在富勒烯中，人们对C60研究得最深入。它独特的结构和奇异的物理化学性质备受国际科学界的关注，其研究不仅涉及到化学的各个分支，而且还涉及到生命科学、材料科学及固体物理等诸多领域。因此，C60是20世纪的重大科学发现之一。Kroto等人因此而荣获1996年诺贝尔化学奖。C60 碳笼原子簇的应用尽管有相当多的报道，但仍处于研究阶段，其应用前景无法估量。从化学和材料科学的角度来看，它们都具有重要的学术意义和应用前景。 富勒烯的应用前景富勒烯的应用前景 其中最早令人关注的是金属掺杂富勒烯的超导性。 由于室温下富勒烯是分子晶体，面心立

54、方晶格的C60的能带结构表明是半导体，能隙为1.5eV。但经过适当的金属掺杂后，都能变成超导体。 掺杂富勒烯超导体有两个特点: 一是与一维有机超导体和三维氧化物超导体不同，掺杂富勒烯超导体是各向同性非金属三维超导体; 二是超导临界温度Tc比金属超导体高，如掺杂I的IxC60的Tc已达57 K。据推测，若C540的合成获得突破，其掺杂物可能是室温超导体。4、卡宾碳，线型碳线型碳 碳原子：SP杂化； 维度：一维，线形结构，国外学术界称之为Carbyne (卡拜)，源自分子中的 共轭三键结构 (CC)n 。 早在20世纪50年代就有人从理论上预言了线型碳分子的存在。1968年，前西德科学家在Riss

55、火山口的石墨片麻岩中发现了与石墨层交替出现的薄膜线型碳，后来又在含碳球粒陨石和星际粉尘中发现了多种结晶形态的线型碳。由于理论上预言线型碳可能是一种室温超导体及超强纤维材料室温超导体及超强纤维材料，因而很大程度上激励了各国研究者的研究热情。 线型碳的惰性及结构特征使其可能成为优于碳纤维的超强纤维。线型碳对生物体的亲合性优于高分子材料，可能成为性能优异的生物医学材料。有报道，俄罗斯科学家已将线型碳用作外科手术的缝合线及人造动物器官，并申请了发明专利。 线型碳可能提供一个非高温高压条件下合成金刚非高温高压条件下合成金刚石的新途径石的新途径。至于令人关注的常温超导性，尽管至今的实验结果令理论工作者失望

56、，但须说明的是已报导的人工合成线型碳并非直线型的高分子线型碳。如果能够合成无限长链的直线型线型碳晶体，就可能解开这个谜。线型碳的应用前景线型碳的应用前景5、碳纳米管碳原子：SP2杂化； 结构：管状； 维度：一维； 分类：单壁和多壁碳纳米管； 碳纳米管的结构碳纳米管的结构 纳米碳管有许多特异的物理性能。如纳米碳管的热导与金刚石相近，电导高于铜。但纳米碳管的应用研究还在探索阶段： (1)高强度碳纤维高强度碳纤维 材料理论计算表明，纳米碳管的抗张强度比钢高100倍，但重量只有钢的六分之一。其长度是直径的几千倍，5万个并排起来才有人的一根头发那么宽，因而号称“超级纤维”。 (2)复合材料复合材料 近年

57、的研究表明，纳米碳管与介孔固体(孔径在250 nm的多孔固体)组装，形成介孔复合体，将是一种特殊性能的新型材料。 碳纳米管的碳纳米管的应用应用 (3)纳米电子器件纳米电子器件 由于碳纳米管壁能被某些化学反应所“溶解”，因此它们可以作为易于处理的模具。只要用金属灌满碳纳米管，然后把碳层腐蚀掉，即可得到纳米尺度的导线。 研究人员还发现碳纳米管本身就具有比普通石墨材料更好的导电性，因此碳纳米管不仅可用于制造纳米导线的模具，而且还能够用来制造导线本身。 美国已用纳米碳管成功地制备了纳米碳化钛、碳化铁、碳化铝等纳米棒，在纳米碳化铌棒中还发现了超导现象。将纳米管组装到有机高分子PCM1中，其电导可提高几个

58、数量级。 我国利用碳纳米管研制出新一代显示器。这种显示器不仅体积小、重量轻、省电、显示质量好，而且响应时间仅为几微秒，从4585 都能正常工作。这一成果标志着我国在碳纳米管应用上取得了重要突破, 并脐身于碳纳米管场发射研究领域的世界先进行列。 (4)催化纤维和膜工业催化纤维和膜工业 碳纳米管还可作为其他金属和金属氧化物催化剂的载体，最大限度地提高催化剂的效率。碳纳米管“列阵”制成的取向膜，可被用作场发射器件，也可被制成滤膜，由于膜也为纳米级，可对某些分子和病毒进行过滤，从而使超滤膜进入一个崭新的天地。碳碳单质单质的同素异形体的比较的同素异形体的比较 分子轨道分子轨道 结合方式结合方式 同素异形

59、体种类同素异形体种类 性能性能 SP3 四面体，四面体，三维三维 金刚石金刚石 不导热，不导电，不导热，不导电，强度大强度大 SP2 平面，零维、平面，零维、一维或二维一维或二维 石墨，富勒烯，石墨，富勒烯，碳纳米管碳纳米管 导热，导电，质导热，导电，质软软 SP 线形，一维线形，一维 卡宾卡宾 化学惰性化学惰性,常温超导性常温超导性(二) 、微晶质炭微晶质炭的微观结构的微观结构 1、微晶质炭微晶质炭定义：以定义：以石墨状微晶为结构石墨状微晶为结构主体的游离态主体的游离态 碳类物质。碳类物质。2 2、类石墨微晶、类石墨微晶：也是由多层也是由多层SP2杂化的碳原子构成的六杂化的碳原子构成的六角角

60、形网状平面层叠而成与石墨结构类似的微晶形网状平面层叠而成与石墨结构类似的微晶炭炭结构。结构。 类石墨微晶与石墨晶体结构的异同之处类石墨微晶与石墨晶体结构的异同之处a a）类石墨微晶中相邻的六角形网状平面（以下都）类石墨微晶中相邻的六角形网状平面（以下都简称为碳网平面）之间的距离（即层间距）比石简称为碳网平面）之间的距离（即层间距）比石墨晶体中的层间距大，有的达到墨晶体中的层间距大，有的达到0.350.350.37nm0.37nm，（石墨（石墨层间距层间距0.335nm） 且不同部位的层间距不一定相同；且不同部位的层间距不一定相同；b b）类石墨微晶中碳网平面不全部是以平行的方式）类石墨微晶中碳