一、 活性炭基础知识
活性炭是一种由含碳材料制成的外观呈黑色，内部孔隙结构发达、表面积大，吸附能力强的一类微晶质碳素材料。它是一种常用的吸附剂、催化剂或催化剂载体，广泛应用于几乎所有的国民经济部门和人们的日常生活。
1、 活性炭分类－由于原料来源、制造方法、外观形状和应用场合不同,活性炭品种不下千 种。
1.1 按原料来源分,可分为木质活性炭(如椰壳活性炭、杏壳活性炭、木质粉炭等)、 矿物质原料活性炭(各种煤和石油及其加工产物为原料制成的活性炭)、其它原料制成的活性炭(如废橡胶、废塑料等制成的活性炭)。
1.2 按制造方法分，可分为化学法活性炭(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法。用化学法生产的活性炭又称为化学法活性炭或化学炭。
可以作为化学法的化学药品又称作活化剂，活化剂有氯化锌、氯化钙、碳酸钾、磷酸、磷酸二氢钾、硫化钾、硫酸、氢氧化钾、氢氧化钠、硼酸等，总之许多酸、碱、盐都可以用作活化剂，主要从活性炭的性能和经济性来考虑采用何种活化剂。
一般说来，化学炭的孔隙中次微孔、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。
1.2.2
物理法活性炭
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（600～1000℃）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。
一般说来物理炭的微孔（孔直径或孔宽小于1.5纳米的孔隙）发达，主要用于气相吸附场合或小分子液相吸附场合。
1.2.3 化学--物理法或物理--化学法活性炭
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可以对活性炭的孔隙结构进行调控，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。
1.3 按外观形状分
1.3.1
粉状活性炭
一般将90%以上通过80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。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。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。
1.3.2 颗粒活性炭
通常把粒度大于0.175mm的活性炭称作颗料活性炭。
颗料活性炭又分为下列几种。
1.3.2.1 不定型颗料活性炭
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。
1.3.2.2 园柱形活性炭
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。
1.3.2.3 球形活性炭
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。
1.3.3 其它形状的活性炭
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。
1.4 按应用场合分
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、净水活性炭等等。
2、活性炭由于具有吸附、催化和一定的化学反应性能，同时又具有物理、化学的相对稳定性。广泛应用于几乎所有国民经济部门和人们的目常生活。
2.1 活性炭在气（汽）相吸附中的应用
活性炭在气（汽）相吸附中的大规模应用是从第一次世界大战中的毒气防护开始的。此后，逐渐向其他领域扩展，归纳起来其主要应用如下。
2.1.1 有毒或有害气体的防护
防毒面具、口罩和防护服是活性炭应用的典型代表。
2.1.2 气（汽）体的净化、精制和分离
空气净化、空气的氮、氧吸附分离和纯化；工业氢的度压吸附分离和提纯；溶剂回收；烟气中去除二氧化硫和氮氧化合物；空调；航天和深海潜艇的工作环境的气体净化等部离不开活性炭。
2.2 活性炭在液相吸附中的应用
活性炭最早的应用是从欧洲人精制糖液开始的。现在活性炭在液相吸附中的应用乙遍及许多工业部门和人们的日常生活。
2.2.1 食品工业中的应用
所有甜味剂、调味品、食用油脂、饮料都使用活性炭进行脱色精制。到目前为止，这方面的应用仍然是活性炭最广阔的市场之一，特别是正在实现工业化的我国和许多发展中国家。
2.2.2 制药工业中的应用
所有人工合面和生物制药的原料药，尤其是西药都采用活性炭进行脱色精制。活性炭吸附的主要作用是去除杂质、提高纯度和去除致热源。这是活性炭又一广大市场之一。
2.2.3 活性炭在化学工业和其他工业中的应用
活性炭在石化工业中的油品精制、脱硫、脱臭、催化剂载体；无机化工中的含用和医药级制品的精制提纯；治金工业中特别是湿法冶金中的金、铂等贵金属的提取以及染织工业中的染料、媒染剂等都逐渐使用活性炭，是近几十年来活性炭新开发的市场。
2．3 活性炭在环境保护中的应用
活性炭的应用中，从上世纪六、七十年代起环境保护逐渐成为活性炭最大的消费领域，包括气、液相吸附的环保用活性炭往往占发达国家总用量的60%以上。环保中的气相处理是各种工业生活废气的净化和回收有用溶剂。环保中的液相汲附处理中主要用于人们生活的上、下水和工业废水的处理上。发达国家的人们的饮用水、城市生活废水、工业废水基本上都采用包括活性炭处理在内的三级净化，发达国家用于水处理的活性炭约占其总用量的40～50%。我国开始重视环境问题，预期不远将来，活性炭在我国水处理中将获得跃式的发展。
2.4 活性炭在高新技术领域中的应用进展
近二十年来高新技术已成国世界各国经济发展的竞技物。科技的迅速发展促进了活性炭的发高比表面、高孔容、高吸附容量的高性能活性炭、超细活性炭、活性炭各种各样的制品不断涌现。而这些活性炭新品系在高新电子电极、新型催化剂截体、电能和高能量密度物质（如压缩或液化氢气、天然气等）和贮存。电动汽车、功能性绿色环保等诸多领域的应用都屡见有关文献，不少已投放市场。我国的活性炭工作者也在不懈努力，有些方面已取得突破，可以预期在新世纪里我国活性炭在高新技术领域将占有一席之地。
二、 活性炭材料
活性炭材料分颗粒炭、纤维炭、粉炭。
传统的颗粒活性炭有煤质炭、木质炭、果壳炭、骨炭。
纤维活性炭由含碳有机纤维制成。它的孔径小（<50Å）、吸附容量大、吸附快、再生快。常用的纤维基材有酚醛、植物纤维、聚丙烯腈、沥青。有时，人们将粉炭或纤维炭粘在其它材料上或混入其它材料中，再加工成型。
普通木炭和焦炭本身就是多孔物质，人们最初使用的吸附材料就是那些普通炭。为了增加吸附性能，人们对普通炭进行“活化”，使材料中的微孔更多、更小，活化后的炭就是活性炭。
除活性炭之外，硅胶、氧化铝、沸石等也是吸附材料，但与活性炭相比，那些材料或吸水、或成本高、或比表面积小而不宜被用来作空气过滤材料。对于被我们污染了的自然界，大地是最好的吸附材料。
三、 活性炭的吸附性能及应用
吸附容量。单位活性炭所能吸附污染物的最大量称吸附容量。不同材料的吸附容量会不同；同一材料对不同气体的吸附容量会不同；温度、背景浓度改变，吸附容量也会变化。
滞留时间。空气在活性炭层中逗留的时间称滞留时间。滞留时间越长，吸附越充分。为保持足够的滞留时间，炭层要足够厚，过滤风速要尽可能低。
使用寿命。新的活性炭吸附效率高，使用中效率不断衰减，当过滤器下游有害气体接近允许的浓度极限时，过滤器报废。报废前的使用时间就是使用寿命，也称有效防护时间。
选择性。一般说来，在物理吸附中易被吸附的有：分子量大的气体、沸点高的气体、挥发性有机气体。若活性炭经化学浸渍，还可以清除平时难以对付的气体，或突出对某类气体的吸附能力。
活性炭广泛应用于工农业生产的各个方面，如石化行业的无碱脱臭（精制脱硫醇）、乙烯脱盐水（精制填料）、催化剂载体（钯、铂、铑等）、水净化及污水处理；电力行业的电厂水质处理及保护；化工行业的化工催化剂及载体、气体净化、溶剂回收及油脂等的脱色、精制；食品行业的饮料、酒类、味精母液及食品的精制、脱色；黄金行业的黄金提取、尾液回收；环保行业的污水处理、废气及有害气体的治理、气体净化；以及相关行业的香烟滤嘴、木地板防潮、吸味、汽车汽油蒸发污染控制，各种浸渍剂液的制备等。
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四、 活性炭过滤原理
1、撞上—粘住
空气中的尘埃粒子，或随气流作惯性运动，或作无规则运动，或受某种场力的作用而移动。当运动中的粒子撞到障碍物时，粒子与障碍物表面间的引力使它粘在障碍物上
2、纤维过滤材料
过滤材料应能：既有效地拦截尘埃粒子，又不对气流形成过大的阻力。非织造纤维材料和特制的纸张符合这一要求。杂乱交织的纤维形成对粒子的无数道屏障，纤维间宽阔的空间允许气流顺利通过。
3、惯性碰撞与扩散碰撞
效率随尘粒大小而异，过滤器捕集粉尘的量与未过滤空气中的粉尘量之比为“过滤效率”。小于0.1mm（微米）的粒子主要作扩散运动，粒子越小，效率越高；大于0.5mm的粒子主要作惯性运动，粒子越大，效率越高。在0.1mm与0.5mm之间，效率有一处最低点。
4、阻力
纤维使气流绕行，产生微小阻力。无数纤维的阻力之和就是过滤器的阻力。
过滤器阻力随气流量的增加而提高，通过增大过滤材料面积，可以降低穿过滤料的相对风速，以减小过滤器阻力。
5、动态性能
被捕捉的粉尘对气流产生附加阻力，于是，使用中过滤器的阻力逐渐增加。被捕捉到的粉尘形成新的障碍物，于是，过滤效率略有改善。
被捕捉的粉尘大都聚集在过滤材料的迎风面上。滤料面积越大，能容纳的粉尘越多，过滤器寿命越长。
6、静电
若过滤材料带静电或粉尘带静电，过滤效果可以明显改善。其原因：静电使粉尘改变运动轨迹并撞向障碍物，静电力参与粘住的工作。
五、 活性炭过滤器的选用
影响活性炭过滤器吸附效果和使用寿命的主要因素有：污染物的种类和浓度、气流在过滤材料中的滞留时间、空气的温度和湿度。
实际选用时，要根据污染物种类、浓度和处理风量等条件，确定过滤器形式和活性炭种类。
通过比较过滤器中活性炭材料的多少可以粗略估计过滤器的能力。例如，一只迎风面为610×610mm过滤器中含30kg最普通的颗粒活性炭，另一只所谓高科技新产品中含2kg活性炭，那个新产品的活性炭可能比颗粒炭的单位吸附容量大许多，但它的使用寿命也就是那只普通颗粒炭过滤器的十分之一。
通过监测过滤器前后污染物的浓度变化，可以判定活性炭是否应更换。但目前国内尚无实用、方便的监测手段，因此，用户只能按规定周期或凭经验决定活性炭过滤器的使用寿命。
使用过程中，活性炭过滤器阻力不变，但重量会增加，有经验的专业人员可根据重量变化估计过滤器的使用寿命。
活性炭过滤器的上下游均应有好的除尘过滤器，其效率规格应不低于F7。上游过滤器防止灰尘堵塞活性炭材料；下游过滤器拦住活性炭本身的发尘。 |
