活性炭手册教材

1、活性炭手册一、活性炭过滤原理 活性炭的吸附能力与水温的高低、水质的好坏等有一定关系。 水温越高，活性炭的吸附能力就越强；若水温高达 以上时，吸 附 能 力 达 到 极 限 ，并 有 逐 渐 降 低 的 可 能 。 当 水 质 呈 酸 性 时 ， 活 性 炭 对 阴离子物质的吸附能力便相对减弱；当 水质呈碱性时，活 性炭对阳离 子物质的吸附能力减弱。所以，水质的不稳定，也 会影响到活性 炭的吸附能力。活性炭的吸附原理是：在其颗粒表面形成一层平衡的表面浓度， 再把有机物质杂质吸附到活性炭颗粒内，使用初期的吸附效果很高。 但 时 间 一 长 ，活 性 炭 的 吸 附 能 力 会 不 同 程 度 地

2、减 弱 ，吸 附 效 果 也 随 之 下降。如果水族箱中水质混浊，水中有机物含量高，活 性炭很快就会 丧失过滤功能。所以，活性炭应定期清洗或更换。活性炭颗粒的大小对吸附能力也有影响。一般来说，活性炭颗粒 越小，过滤面积就越大。所以，粉末状的活性炭总面积最大，吸附效 果 最 佳 ，但 粉 末 状 的 活 性 炭 很 容 易 随 水 流 入 水 族 箱 中 ，难 以 控 制 ， 很 少 采 用 。颗 粒 状 的 活 性 炭 因 颗 粒 成 形 不 易 流 动 ，水 中 有 机 物 等 杂 质 在 活性炭过滤层中也不易阻塞，其吸附能力强，携带更换方便。活性炭的吸附能力和与水接触的时间成正比，接 触时

3、间越长，过 滤 后 的 水 质 越 佳 。注 意 ： 过 滤 的 水 应 缓 慢 地 流 出 过 滤 层 。新 的 活 性 炭 在 第一次使用前应洗涤洁净，否 则有墨黑色水流出。活 性炭在装入过滤 器 前 ，应 在 底 部 和 顶 部 加 铺 厘 米 厚 的 海 绵 ，作 用 是 阻 止 藻 类 等 大 颗 粒 杂 质 渗 透 进 去 ，活 性 炭 使 用 个 月 后 ，如 果 过 滤 效 果 下 降 就应调换新的活性炭，海绵层也要定期更换。二、影响粒状活性炭应用的主要性质应用粒状活性炭，尤其大量应用，最影响效果和成本的活性炭主要性质是：pH值和可溶物。吸附量；压降或床层膨胀；抗磨性；大小、水

4、分、灰分、应用较为大量的粒状活性炭都装在柱型设备中，就要讲究压降（压头损失 ）或床层膨胀，是设计炭柱的必要因素。压降由微粒大小和大小分布所决定。床层膨胀由微 粒大小、形状和大小分布以及微粒密度所决定。大量使用粒状活性炭时，常加水以泵输送和以运输带脱水，因此要重视活性炭的损失量，讲求活性炭的抗磨性。三、评价活性炭的吸附能力吸附分液相吸附和气相吸附两类，液相吸附能力常以吸附等温 线进行评价，气相吸附能力以溶剂蒸气吸附量评价。吸附等温线表示一定温度下吸附系统中被吸附物质的分压或浓 度与吸附量之间的关系，即 当保持温度不变，可 测得平衡吸附量和分 压或浓度间的变化关系。以 剩余浓度为横轴，以 活性炭单

5、质量的吸附 量为纵轴可绘出关系曲线。当保持分压或浓度不变，可测得平衡吸附量和温度间的变化关 系，绘出关系曲线，即吸附等压线。由 于在工业装置中少量成分吸附 大致在等温状态下进行，所以吸附等温线最为重要和常用。溶剂蒸气吸附量表 示气相吸 附性能，可用颗 粒活性炭 的四氯化碳 吸 附 率 的 测 定 为 例 ， 在 规 定 的 试 验 条 件 下 ， 即 规 定 的 炭 层 高 度 、气 流 比速、吸附温度、测定管截面积、四氯化碳蒸气浓度的条件下，持含 有一定四氯化碳蒸气浓度的混合空气流不断地通过活性炭，当达 到吸 附 饱 和 时 ，活 性 炭 试 样 所 吸 附 的 四 氯 化 碳 的 质 量

6、与 试 样 质 量 之 百 分 比 作为四氯化碳的吸附率。活性炭应用中对于吸附能力，最 好用实际拟用的活性炭、操 作的 条件、具体的处理物进行评价测试。活 性 炭 的 吸 附 量 ，即 单 位 活 性 炭 所 吸 附 的 吸 附 质 的 量 ，工 业 上 也 有称为活性炭的活性，活性有两种表示方法：静活性即通常所指的吸附剂达到平衡 的吸附量 。动活性是指流体混合物通过活性 炭床层，其中吸附 质被吸附 ，经 一 些 时 间 的 运 作 ，活 性 炭 床 层 流 出 的 流 体 中 开 始 出 现 含 有 一 定 的 吸 附 质 ，说 明 活 性 炭 床 层 失 去 吸 附 能 力 ，此 时 活

7、性 炭 上 已 吸 附 的 吸 附 质 的量，就称为活性炭的活性。是设计大量的、经常的、重要的吸附系 统所需的数据。用液相等温线法测 定活性炭 吸附能力 的标准实 用方法，可用于测 定原始的和再活化的和粉状活性炭的吸什能力。四、活性炭比表面积和吸附能力的关系 一般来说活性炭的比表面积（ BET ）越大，吸附力也越大，但是有时候却不一定。BET 是用氮气或丁烷的吸附方法测出活性炭总表面积的应用参数。 按理 BET 越大，吸附力就越大。可是在实际应用中这概念有局限性，因为活性炭的孔有大孔、中孔和微 孔的区别，有时仅有部分的孔适合于某类大小吸附物的进入炭对金属络合物的吸附，涉及化学键的形成，也不是

8、BET 越大越好液相扩散速度比气相小得多，为了在短时间内获得吸附效果，因此常常使用粒度很细小的粉末状活性炭。但 是，在处理量很大的场合，颗粒状活性的用例不断 增加。因 为其操作 方便，容易再生。表 3-6-4中列示了液相中使用活性炭的主要操作方式表 3-6-4 液相中使用活性炭的主要操作方式活性炭种类采用方法操作方式间歇接触法一段接触式粉末状活性炭成层过滤法多段分批添加式连续接触法多段逆流接触式固定层式颗粒状活性炭渗滤法连续移动式间歇移动层式六、活性炭在精制气体中的应用精制 工业 用原 料气 体或 工艺 气体 活 性炭 用于 精制 多 种工 业 用 原 料 气 体 或 工 艺 气 体 ，以 除

9、 去 它 们 中 所 含 有 的 各 种 杂 质 ，提 高 纯 度 和 使用价值。表 3-6-1 中列示了用活性炭精制的一些气体名称以 及要除 去的杂质成分。表 3-6-1 活性炭对原料气体及工艺气体的精制气体名称要除去的成分氢气Hg、CO2、CH4、H2S、N2、NH3氦气H2、N2、Ar、Ne、O2、CO2氯气烃类的氯化物氯化氢烃类的氯化物二氧化碳无机及有机硫化物、油、臭气乙炔无机及有机硫化物、高级炔烃、二烯烃、磷化氢、丙酮、聚合性乙烯物质水煤气无机及有机硫化物、乙炔、二烯烃裂化气无机及有机硫化物、聚合性物质烟道气无机及有机硫化物、聚合性物质情性气体无机及有机硫化物、油原料用空气无机及有机

10、硫化物、油无机及有机硫化物、油、臭气由表 3-6-1 可见， 用活性炭精制气体是将小分子、低沸点气体中的少量大分子、 高沸点的气体除去。七、 活性炭在液相吸附中的应用 -水处理水处理 水处理是活性炭应用广，潜力最大的部门。饮 用水 的质量直接关系人体健 康；排 水及废水 处理与否 对地球水 环境有重大 影响。发达国家活性 炭用量的 50%以上与水处理有关；我对水质重视 程度也逐渐增加。（ 1 ）处 理 上 水（ 自 来 水 ）：上 水 用 活 性 炭 处 理 的 目 的 是 提 高 水 质 ， 除 去 臭 气 、臭 味 、腐 殖 质 、油 类 、农 药 、洗 涤 剂 等 对 人 体 有 害 的

11、 物 质 。（ 2 ）处 理 生 产 用 水 ：活 性 炭 在 处 理 各 种 生 产 用 水 中 获 得 广 泛 应 用 。 如 在 酿 造 业 、清 凉 饮 料 业 及 制 冰 业 ，使 用 活 性 炭 除 去 地 下 水 中 的 颜 色 、 臭味、胶体物质、洗涤剂、农药及其他有机物质，或 者除去自 来水中 的游离氯气、臭味等；电 力、化学等工 业部门用 活性炭处 理锅炉用水 及 锅 炉 回 流 水 的 脱 油 ；医 药 工 业 用 活 性 炭 除 去 水 中 的 致 热 源 ；电 子 工 业使用活性炭制取超纯水；海 运业使用活性炭制造饮用水；水 族馆中 用活性炭除去自来水中的氯气等。此外

12、，活 性炭还用于保护离子交换树脂，净 化工厂的循环用水等。（ 3 ） 处 理 生 产 废 水 ： 各 种 生 产 过 程 中 排 出 的 废 水 ， 含 有 不 同 的 杂 质，但比较单纯，易于进行处理。因此，应该处理以后再排放或者循 环使用。（ 4 ） 处 理 下 水 （ 污 水 ） ： 下 水 是 各 种 废 水 汇 集 成 的 污 水 ， 成 分 极 其 复 杂 。进 行 处 理 时 ，通 常 将 凝 聚 沉 淀 法（ 物 理 法 ）、活 性 炭 泥 法（ 生 物法）与活性炭吸附法配合使用，以提高处理效果，降低处理成本。活性炭处理通常和生物法配合使用，或 置于其后作为终级处理。经 过 处

13、理，可以除去颜色 、农 药、洗涤剂、臭味，以及 BOD、COD、TOC等 杂质，作为工农业用水而再次利用或排放。八、 活性炭对各种蒸气之吸附能力活性炭对各种蒸气之吸附能力指 數品名指 數品名指 數品名指 數品名指數品名4硝基甲烷3硝酸2丙烷3乙醚4家具臭3甲醇4消毒剂4丙酸1乙烯4果实臭3甲醚4樟脑4丙醇3环氧乙烷4气油4油加利油4食品芳香2丙烯4二气乙醇3脢4肉臭1氢气4塗料臭3氯化烷4辛酸4浴室臭4苯乙稀3己烷2盐酸3花粉4醋酸丙酯3光气4庚烷3氯化甲烷4癌肿臭3醋酸甲酯3麻醉劑4苯3氯化稀4罐头工場3三氧化硫4酸酐3放射性物4丙基氯4蚁酸4四氯乙烯1沼气4防臭剂3氯气3甲酸乙酯4四氯化碳

14、4M.E.K4防腐剂4辛烷3甲酸甲酯4二乙胺3漂白液4防虫剂3青酸4二甲苯4二氧雜环4比啶3碘化氢4精油4鱼臭4环己烷4肥料臭4碘气4酚4杂酚3二甲基苯3病毒4碘仿3煤烟4巴豆醛4硫酸二甲3不完全燃4酪酸4肥皂臭4氯丁二烯3车排气3丁二烯1硫化氢4接著剂4氯苯4树脂臭2丁烷4硫酸4体臭4乳酸4臭化乙烷4丁醇1一氧化氮4香烟4尿酸4臭素4丁酮1坏疽臭4焦油4尿素2臭化氢2氟化氢1己烷1二氧化碳3二硫化碳3臭化甲烷4腐败臭3己胺4臭氧气3燃烧气4润滑油4塑料臭4酒精4家畜臭4糊臭4病院臭4残留酸4戊酸4棕榈酸3对二氯笨九、 活性炭对各种有机物质之吸附容量活性炭对各种有机物质之吸附容量成分饱合吸附摘

15、要成分饱 合 吸 附摘要容量 （%）容 量 （%）（ 醇类 ）（ 芳香烃类 ）乙醇21苯23溶剂甲醇10木精硝基（代）笨20丁醇34溶剂甲苯25溶剂戊醇35杂醇油二甲苯26溶剂（ 有机酸 ）醋酸 （ 乙酸 ） 37药品（ 脂肪类碳化氢 ）酪酸35体臭丙烷5燃料甲酸7药品丙烯5煤气棕榈酸35棕榈油癸烷35灯油成分丙酸30庚烷20汽油成分丙烯酸20己烯10汽油成分辛酸35动物臭壬烷30灯油成分（ 无机气体 ）（ 醚 ）8燃料胺一些刺激臭乙醚溴40二异丙醚15医药品二硫化碳15粘胶甲醚18溶剂四氯化碳45溶剂滅火用丁醚10气15顏料制造（ 酯 ）20溶剂溴化氢12药品醋酸戊酯氯化气12燃烧气体醋酸丁

16、酯41漆溶剂氟化氢10氟醋酸乙酯28漆溶剂碘化气15醋酸丙酯19漆溶剂硫化气3腐蛋臭醋酸甲酯23漆溶剂碘40（ 醛 ）16溶剂硝酸20药品二氧化氨10燃烧气体乙醛7药品燃燒排气臭氧分解氧放電管丙醛15二氧化硫10燃烧排气丁醛20柴油廢气三氧化硫15燃烧排气合成用剂硫酸30药品甲醛很 少燃烧排气臭（ 鹵化烴類 ）（ 其他化合物 ）三氯乙烯13乾洗用石碳30苯酚烧脂三氯甲烷40麻醉藥甲酚30医院消毒液臭三碘甲烷30防腐用皮啶25烟草臭異丙基氯20糞臭素25排泄物氯化甲烷5冷煤松节油32溶剂二氯甲烷25吉草酸35体臭、脚臭四氯代甲烷60（ 硫醇 ）蓋醇20烟硷25烟草甲硫醇20黃萝蔔硷菜臭茨酮20乙

17、硫醇23蒜、蔥、汙水（ 多成分臭 ）丙硫醇25汙水臭大（ 酮類 ）廁所臭大丙酮10溶剂料理臭大二乙基甲酮30溶剂食物臭大丁酮10溶剂包裝室臭大甲基丁基酮20溶剂体臭大十、不适合使用活性炭吸附处理的 VOCs反应性化合物有机酸、醛类、某些酮类、某些聚合物单体二醇类、胺类高沸点物 可塑剂、树脂 14 以上之长链碳氢化合物 十一、 活性炭在液相吸附中的应用其他液相精制 除了水处理以外，活性炭还在制糖、食品、酿造 、 医 药 、化 工 等 许 多 部 门 的 液 相 精 制 中 具 有 广 泛 的 用 途 。表 3- 6- 5 中 列 举了一些觉见的用例。表 3-6-5 活性炭液相精制的用例工业种类工

18、业部门产品名称活性炭精制效果食品工业精制糖甘蔗糖甜菜糖糖蜜A、 B、 C、 DA、B、CA、B、C、J、捕集甜菜碱及谷氨酸淀粉葡萄糖A、 B、 C、 D、 F水饴糖A、B、D、F乳制品乳糖A、B、D、F食品工业酿造清酒啤酒葡萄酒、果酒、酱油威士忌、朗姆、白兰地、伏特加、食用醋A、E、D、防止火落菌 A、 E、D（防止冷雾） A、 E油脂食用油人造奶油、可可脂、猪油A、B、F、GA、F、G食品添加剂味精、核酸调味品、乳酸、 柠檬酸、酒石酸、 戊烯二酸、 抗坏血酸调味液琼脂、果胶、明胶A、B、D、FA、E、FA、F其他糖浆、果汁糖果屑A、 FA、F、J医药工业医药品注射剂抗菌性物质、磺胺制剂、生物

19、碱、纵他命、荷尔蒙针剂、注射用水A、B、D、F、H除去致热源化学工业橡胶再生橡胶防止药剂渗透石油液体石油馏份酸类、盐类、胺类吸收液、废油A、F、脱硫A、B、I、J高分子合成树脂、合成纤维原料及间体纺线浴、溶剂及溶液A、F、防止副反应A、B、F、J染料染色染料中间体洗涤液等H、防止副反应A、防止渗透无机磷酸、硼酸、盐酸、明矾、碱、碳酸盐双氧水A、 B除去有机杂质其他工业金属加工矿物油、油剂蜡界面活性剂可塑剂、羊毛脂、硬化油、蓖麻油、甘油A、B、F、JA、B、FA、 F A、B、F、I干洗干洗液除去油脂及分解产物、 JB、除去油脂、 J采矿浮选选矿液除去浮选选矿液、调整分析色谱分析分析试样除去生物

20、化学试样中妨碍分析的成分注： A：脱色； B：除去胶体物质； C：提高结晶性； D：提高产品稳定性； E：调整香料； F：脱臭； G：去除白土臭； H：提高纯度和得率； I ：除去起泡性物质； J：再利 用。十二、 气相回收及捕集其他气相成 分的捕集或回收 活性炭除用于从空气中回收有机溶剂以外， 还广泛地用于从其他气相成分中捕集和回收各种有关物质。 表 3-6-3 中列举了这方面的 一些用例。表 3-6-3 活性炭在其他气相捕集或回收中的应用气体名称捕集回收的组分煤的干馏气体苯、汽油等 C5 以上的烃类天然气液化石油气等裂化气体之类CH4、C2H6、C3H8、C4H10、C5H12等发酵气体酒

21、精、丙酮等烟道气二氧化硫汽车挥发的气体汽油原子反应堆排气放射性碘、氪、氙各种工业性排气苯、甲苯、二甲苯、戊烷、己烷、二硫化碳、氯乙烯、环己烷、甲醇、乙醇、丁醇、丙酮、丁酮、醋酸酯、环氧乙烷、氧化丙烯、香料成分、四氯化钛、二氯化钛、氧化氮等下面以防止汽车中汽油挥发装置为例，说明活性炭在捕集回收方面的具体应用。该 装置的工作原理。汽车停止时，由于气温升高、太阳照射等原因，使油箱、化油器、气 缸等处汽油挥发。挥发出去的气体通过装置中的活性炭层（过滤器）吸附，防止扩散到 外界。当汽车开支行驶时，通过吸气管的负压和排气管的压力，使压力动作阀动作，让 滤气器中一部分空气经过活性炭层以后再进入吸气管中。 此

22、时， 活性炭层所吸附的汽油 脱附，随空气进入气缸中燃烧；同时，活性炭获得再生。这种装置中只充填了几百克颗 粒状活性炭，就不仅能防止汽油挥发到外界污染空气，还能够节约汽油，而且使用十分 方便。十三、 分离气体利用活性炭对不同种类的气体具有不一样的吸附能力这一 性质，活性炭吸附法常用于分离气体。用活性炭从天然气中分离汽油组分时，初期，活性炭逐渐被包括 甲烷等分子量小的烃类 物质在内 的组分所 饱和，但是随着 吸附时间的 延长，由于活性炭具有对分子量大的同族化合物吸附能力大的特性， 所吸附的甲烷等低级烃类逐渐被分子量大的己烷、戊烷等置换出来。 结果，活性炭中吸附保 留的主要 是汽油组 分，而甲 烷、乙 烷、丙烷 之类分子量小的组分则穿过活性炭层，保 存在气相中，从 而达到分离 的目的。又如，利用压力循环吸附法，可以使用活性炭将空气中的氧气和 氮气分开