更多编号:环保水处理(hbscl01)

1.什么是活性炭？

活性炭是一种微晶碳材料，外观呈黑色，内部孔隙结构发达，比表面积大，吸附能力强。它是一种常用的吸附剂、催化剂或催化剂载体。活性炭按原料来源可分为:木质活性炭、果壳活性炭、动物骨/血活性炭、矿物原料活性炭、合成树脂活性炭、橡胶/塑料活性炭、再生活性炭等。活性炭按其外观可分为粉末状、颗粒状、不规则颗粒状、圆柱状、球状和纤维状。活性炭的应用极其广泛，其用途几乎涉及到所有的国民经济部门和人们的日常生活，如水净化、提金、糖液脱色、药物注射精制、血液净化、空气体净化、人体安全防护等。

2.活性炭的组成和制备

活性炭是通过加工获得的无定形碳。它具有较大的比表面积，对气体、溶液中的无机或有机物质以及胶体颗粒具有良好的吸附能力。活性炭主要包括活性炭和活性碳纤维。活性炭作为一种优良的吸附剂，主要是由其独特的吸附表面结构特征和表面化学性质决定的。活性炭化学性质稳定，机械强度高，耐酸、耐碱、耐热，不溶于水和有机溶剂，可回收利用。已广泛应用于化工、环保、食品加工、冶金、药物提炼、军事防化等领域。目前，改性活性炭材料广泛应用于污水处理、大气污染防治等领域。展示了其在环境污染控制方面诱人而光明的前景。

活性炭80%-90%以上是由碳组成的，这也是活性炭是疏水性吸附剂的原因。除了碳以外，还有两种掺合物:一种是化学结合元素，主要是氧和氢，它们由于碳化不完全而残留在碳中，或者外来的非碳元素在活化过程中与活性炭表面发生化学结合，如被水蒸气活化时，活性炭表面被氧化或被水蒸气氧化；另一种掺和物是灰分，是活性炭的无机部分。

活性炭的主要原料可以是几乎所有富含碳的有机物，如煤、木材、果壳、椰子壳、核桃壳、杏壳、枣壳等。这些碳质材料在活化炉中在高温和一定压力下通过热解转化成活性炭。在这个活化过程中，逐渐形成巨大的表面积和复杂的孔结构，在这些孔内和孔上进行所谓的吸附过程。活性炭的孔径大小可以选择性吸附吸附质，这是因为大分子无法进入比其孔径小的活性炭孔径。活性炭是以含碳物质为原料，经过高温炭化和活化制成的疏水性吸附剂。活性炭含有大量微孔，表面积巨大，能有效去除色度和异味，能去除二级出水中的大部分有机污染物和部分无机物，包括部分有毒重金属。

3.活性炭原理

1.过滤原理

活性炭过滤是一个拦截水中悬浮污染物的过程，被拦截的悬浮物填补了活性炭之间的空空隙。过滤层的孔径和孔隙率随着活性炭粒径的增大而增大。即活性炭粒径越粗，能容纳悬浮物的空空间越大。其表现是过滤能力增强，纳污能力增加，截污量增加。同时，活性炭滤层的孔隙越大，水中的悬浮物能输送到下一个活性炭滤层的深度越大。在有足够保护厚度的情况下，可以更多的拦截悬浮物，使中下滤层能起到更好的拦截作用，增加机组的截污能力。

严格来说，活性炭对悬浮物的截留能力来自于活性炭提供的表面积。当流速较低时，机组的过滤能力主要来自活性炭的筛分作用，而当流速较高时，过滤能力来自活性炭颗粒的吸附作用。活性炭在过滤过程中提供的颗粒表面积越大，对水中悬浮固体的粘附力越强。

2.吸附原理

根据活性炭分子与污染物分子在吸附过程中受力的不同，吸附可分为物理吸附和化学吸附(也称活性吸附)两大类。在吸附过程中，当活性炭分子与污染物分子之间的作用力为范德华力(或静电引力)时，称为物理吸附；当活性炭分子与污染物分子之间的作用力是化学键时，称为化学吸附。物理吸附的吸附强度主要与活性炭的物理性质有关，与活性炭的化学性质关系不大。由于范德华力较弱，对污染物分子的结构影响不大。这个力和分子间的内聚力是一样的，所以物理吸附可以比作凝聚。污染物的化学性质在物理吸附过程中保持不变。

由于化学键很强，对污染物分子结构影响很大，所以化学吸附可以看作是一种化学反应，是污染物与活性炭发生化学作用的结果。化学吸附一般涉及电子对共享或电子转移，而不是简单的微扰或弱极化，是不可逆的化学反应过程。物理吸附和化学吸附的根本区别在于吸附键的作用力。

吸附是污染物分子吸附在固体表面的过程，分子的自由能会降低。因此，吸附过程是放热的，释放的热量称为污染物在固体表面的吸附热。由于物理吸附和化学吸附的作用力不同，它们在吸附热、吸附速率、吸附活化能、吸附温度、选择性、吸附层数和吸附光谱等方面表现出一定的差异。

活性炭吸附技术在我国制药、化工、食品行业中用于精制脱色已有多年。20世纪70年代用于工业废水处理。生产实践表明，活性炭对水中微量有机污染物具有优异的吸附能力，对纺织印染、染料化工、食品加工、有机化工等工业废水具有良好的吸附效果。一般来说，废水中以BOD、COD等综合指标表示的有机物，如合成染料、表面活性剂、酚类、苯、有机氯、农药、石油化工产品等，具有独特的去除能力。因此，活性炭吸附逐渐成为工业废水二级或三级处理的主要方法之一。

吸附是一种物质附着在另一种物质表面的缓慢过程。吸附是一种界面现象，与表面张力和表面能的变化有关。吸附产生的驱动力有两种，一种是溶剂水对疏水物质的排斥，另一种是固体对溶质的亲和吸引。废水处理中的吸附大多是这两种力综合作用的结果。活性炭的比表面积和孔结构直接影响其吸附能力。选择活性炭时，应根据废水的水质，通过实验确定。印染废水应选择过渡孔发达的炭。另外，灰分也有影响，灰分越小，吸附性能越好。吸附分子的大小越接近碳的孔径，越容易被吸附。吸附浓度也影响活性炭的吸附能力。在一定浓度范围内，吸附量随着吸附质浓度的增加而增加。此外，水温和pH值也有影响。吸附量随着水温的升高而降低。

4.活性炭的特性

1.吸附特性

活性炭吸附是利用多孔活性炭将水中的一种或多种物质吸附在活性炭表面并去除的方法。去除对象包括可溶性有机物、合成洗涤剂、微生物、病毒和一定量的重金属，并能脱色、除臭、净化空气体。

活性炭、磺化煤、沸石、焦炭等。是水处理中常用的吸附剂。活性炭经过活化后，其碳晶格形成了发达的不同形状和大小的孔隙，大大增加了比表面积，提高了吸附能力。活性炭的有效孔半径一般为1-10000nm，孔半径在2nm以下，过渡孔半径一般为2-100nm，大孔半径为100-10000nm。孔容一般为0.15-0.90mL/g，过渡孔面积一般为0.02-0.10ml/g；大孔体积一般为0.2-0.5毫升/克..

活性炭是一种表面积很大的微小碳粒，碳粒中甚至还有更细的孔隙——毛细血管。这种毛细管有很强的吸附能力。由于碳颗粒表面积大，可以与气体(杂质)充分接触。当这些气体(杂质)遇到毛细管被吸附，就起到了净化的作用。研究活性炭的表面积是非常重要的。只能用BET法测试活性炭的比表面积，国内有很多仪器只能用直接比较法测试。目前国内外的比表面积测试都采用多点BET法，国内外的比表面积测量标准都是基于BET法。请参照中国国家标准(GB/T 19587-2004)——气体吸附BET原理测量固体物质比表面积的方法。

比表面积测试实际上是一项耗时的任务。由于样品的吸附能力不同，有些样品可能需要一整天的时间来测试。如果测试过程没有完全自动化，测试人员永远不会离开，他们应该是高度集中的。观察仪表盘和操作旋钮会导致测试过程失败，浪费测试人员大量宝贵的时间。F-Sorb 2400比表面积测定仪是真正能实现BET检测功能的仪器(用直接比较法)。更重要的是，F-Sorb 2400比表面积测试仪是目前国内唯一的全自动化、智能化比表面积测试设备。其测试结果与国际高度一致，稳定性也很好。同时可以减少人为误差，提高测试结果的准确性。

影响活性炭吸附的因素有:活性炭的特性；吸附质的特性和浓度；废水的PH值；悬浮固体含量和其他特性；联系制度和运行方式等。活性炭能有效吸附氯代烃、有机磷和氨基甲酸酯类杀虫剂，还能吸附苯基醚、n-硝基氯苯、萘、乙烯、二甲酚、苯酚、DDT、艾氏剂、烷基苯磺酸及多种酯类和芳香族化合物。二级出水还含有活性炭不吸附的有机物，如蛋白质的中间降解物质，比原有机物更难被活性炭吸附，活性炭对THMS的去除能力仅为23-60%。活性炭吸附法与其他处理方法相结合，如臭氧-活性炭法、混凝-活性炭法、哈伯勒法、活性炭-硅藻土法等。从而显著延长了活性炭的吸附周期，减少了投加量，大大提高了处理效果和范围。

2.化学特性

活性炭的吸附包括物理吸附和化学吸附。活性炭的吸附取决于孔隙结构和化学组成。

活性炭不仅含有碳，还含有少量的氧和氢，如羰基、羧基、酚类、内酯类、醌类、醚类等，它们以化学键结合，官能团被活化。这些表面所含的氧化物和络合物，有的来源于原料的衍生物，有的则是活化过程中或活化后空气体或水蒸气作用生成的。有时会产生表面硫化物和氯化物。在活化过程中，原料中所含的矿物质在活性炭中浓缩成为灰分，灰分的主要成分是碱金属和碱土金属的盐，如碳酸盐和磷酸盐。

3.机械特性

1.粒度:采用一套标准的筛网筛分法，计算出每一个筛网所剩下和通过的活性炭的重量，表示出粒度分布。

2.观测密度或堆积密度:应为单位体积孔隙体积和颗粒间空间隙体积的活性炭重量。

3.堆积密度和颗粒密度:单位体积活性炭的重量应该是孔体积，而不是颗粒间的空隙体积空。

4.强度:即活性炭的抗破碎能力。

5.耐磨性:即耐磨性或耐摩擦性。

这些机械性能直接影响活性炭的应用，例如，密度影响容器尺寸；碳的厚度影响过滤；碳的粒度分布影响流体阻力和压降；碎裂影响活性炭的使用寿命和废炭的再生。

5.活性炭的分类

1、根据原材料的来源:

1.木质活性炭

2.动物骨/血液活性炭

3.矿物原料活性炭

4.其他原料活性炭

5.回收活性炭

2.根据该制造方法:

1.化学活性炭(化学碳)

2.物理活性炭(物理碳)

3.化学物理或物理化学活性炭

3.根据外观和形状:

1.粉状活性炭

2.颗粒活性炭

3.不定型颗粒活性炭

4.圆柱形活性炭

5.球形活性炭

6.其他形状的活性炭。

4、按光圈分:

1.大孔:孔径:1000 A。

2.过渡孔:孔径为20 ~ 1000 A。

3.微孔:孔径为20A的活性炭的表面积主要由微孔提供。

5、按材料分类:

1.类型:原材料

2.木质活性炭:由锯末和木炭制成的活性炭。

3.贝壳活性炭:由椰子壳、核桃壳、杏仁壳等制成的活性炭。由褐煤、泥炭、烟煤、无烟煤等制成的煤基活性炭。石油基活性炭，如由沥青制成的沥青基球形活性炭再生炭等。用废碳制成的再生活性炭。

6.活性炭的技术指标

注:选用优质木炭和锯末为原料，经物理和化学方法精制而成。本品为黑色粉末，无毒、无味、毛孔发达，不含对水质有不良影响的水中溶解物质。它具有吸附能力强、脱色效果好、过滤速度快等优点。能有效吸附液相中分子结构不良的物质，可广泛应用于生活污水、化工污水、医疗污水、城市污水等各类污水中，尤其适用于污水的脱色、除臭和COD降低。

7.水处理用活性炭的选择

好的活性炭必须具有吸附容量大、使用寿命长、机械强度高、灰分低、易洗涤、出水水质好等特点。它不仅能去除异味和异味，而且对水中的各种有毒有害物质，如氯、酚、汞、铅、砷、氯化物、洗涤剂、农药、化肥等污染物都有很高的去除率。

主要技术指标如下:

1.粒径(10-24目2.0-0.8毫米):≥ 95%

说明:一般来说，颗粒越小，活性炭的比表面积越大，即吸附效果越好，但颗粒越小，损失越大，粉尘越多。

2.碘吸附值:≥ 1000mg/g

说明:一般来说，碘吸附值越高，活性炭的吸附能力越强。

3.比表面积:1000-1200m2/g

注:如果取1克活性炭，将其中所有的孔壁展开成一个平面，面积将达到1000平方米(即比表面积为1000g/m2)！影响活性炭吸附性能的主要因素取决于活性炭内部孔结构的发达程度。(比表面积越大，活性炭的吸附效果越好)。

4.亚甲蓝脱色力:≥ 10ml/g

说明:除色能力。

5.耐磨性:≥95%

描述:即耐磨性或抗摩擦性能；强度越高，活性炭的性能越好。

6.干燥失重:≤10%

说明:干燥失重指的是水分。数值越低，活性炭质量越好。

7.燃烧残留物:≤3%

注:灼烧残渣和灰分。数值越低，活性炭质量越好。

8.灌装比重:0.48-0.55克/毫升

说明:填充比重和密度，一般密度越低，活性炭的吸附能力越好。

9.PH值:6-8