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瑞兹技术人员带您详细了解活性炭的原理及应用 

发布时间:2018-07-09 16:52:20

 活性炭生活处处可以见到,我们的鱼缸更少不了活性炭来净化,接下来我们就一起详细了解活性炭的原理及应用!




活性炭应用
  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。活性炭在未来将会有极好的发展前景和广阔的销售市场。
  
活性炭的用途及种类
  1、空气净化 2、污水处理场排气吸附 3、饮料水处理 4、电厂水预处理
  5、废水回收前处理 6、生物法污水处理 7、有毒废水处理 8、石化无碱脱硫醇
  9、溶剂回收 10、化工催化剂载体 11、滤毒罐 12、黄金提取
  13、化工品储存排气净化 14、制糖、酒类、味精医药、食品精制、脱色
  15、乙烯脱盐水填料 16、汽车尾气净化 17、PTA氧化装置净化气体
  活性炭产品的应用方向及领域
  ◎石化行业
  无碱脱臭(精制脱硫醇)——重催的精制装置
  乙烯脱盐水(精制填料)——乙烯装置
  催化剂载体(钯、铂、铑等)——苯乙烯、连续重整装置
  水净化及污水处理——上水及下水的深度处理
  ◎电力行业
  电厂水质处理及保护——锅炉装置
  ◎化工行业
  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
  饮料、酒类、味精母液及食品的精制、脱色
  ◎黄金行业
  黄金提取——适用炭浆法、堆浸法提金工艺
  尾液回收——金矿的废物利用及环境保护
  ◎环保行业
  用于污水处理、废气及有害气体的治理、气体净化
  ◎相关行业
  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。
  


活性炭产品的再生
  活性炭目前在环境保护,工业与民用方面己被大量使用,并且取得了相当的成效,然而活性炭在吸附饱合被更换后,使用单位均将其废弃,掩埋或烧掉,造成资源的浪费和对环境的再污染。
  活性炭吸附是一个物理过程,因此还可以采用高温蒸汽将使用过的活性炭内之杂质进行脱附,并使其恢复原有之活性,以达到重复使用的目的,具有明显的经济效益。
  再生后的活性炭其用途仍可连续重复使用及再生。
  


活性炭的吸附原理
  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30℃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PH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2~3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2~3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。







活性炭水处理的主要影响因素
  由于活性炭水处理所涉及的吸附过程和作用原理较为复杂,因此影响因素也较多。主要与活性炭的性质、水中污染物的性质、活性炭处理的过程原理以及选择的运转参数与操作条件等有关。

一、活性炭的性质

  由于吸附现象发生在吸附剂表面上,所以吸附剂的比表面积是影响吸附的重要因素之一,比表面积越大,吸附性能越好。
  因为吸附过程可看成三个阶段,内扩散对吸附速度影响较大,所以活性炭的微孔分布是影响吸附的另一重要因素。
  此外活性炭的表面化学性质、极性及所带电荷,也影响吸附的效果。
  用于水处理的活性炭应有三项要求:吸附容量大、吸附速度快、机械强度好。活性炭的吸附容量附其他外界条件外,主要与活性炭比表面积有关,比表面积大,微孔数量多,可吸附在细孔壁上的吸附质就多。吸附速度主要与粒度及细孔分布有关,水处理用的活性炭,要求过渡孔(半径20~1000A)较为发达,有利于吸附质向微细孔中扩散。活性炭的粒度越小吸附速度越快,但水头损失要增大,一般在8~30目范围较宜,活性炭的机械耐磨强度,直接影响活性炭的使用寿命。
  二、吸附质(溶质或污染物)的性质
  同一种活性炭对于不同污染物的吸附能力有很大差别。

(一)溶解度


对同一族物质的溶解度随链的加长而降低,而吸附容量随同系物的系列上升或分子量的增大而增加。溶解度越小,越易吸附。

  如活性炭从水中吸附有机酸的次序是按甲酸--乙酸--丙酸--丁酸而增加。

(二)分子构造


吸附质分子的大小和化学结构对吸附也有较大的影响。因为吸附速度受内扩散速度的影响,吸附质(溶质)分子的大小与活性炭孔径大小成一定比例,最利于吸附。在同系物中,分子大的较分子小的易吸附。不饱和键的有机物较饱和的易吸附。芳香族的有机物较脂肪族的有机物易于吸附。


(三)极性


活性炭基本可以看成是一种非极性的吸附剂,对水中非极性物质的吸附能力大于极性物质。


(四)吸附制裁(溶质)


吸附质的浓度在一定范围时,随着浓度增高,吸附容量增大。因此吸附质(溶质)的浓度变化,活性炭对该种吸附质(溶质)的吸附容量也变化。




三、溶液pH的影响

  溶液pH值对吸附的影响,要与活性炭和吸附质(溶质)的影响综合考虑。
  溶液pH值控制了酸性或碱性化合物的离解度,当pH值达到某个范围时,这些化合物就要离解,影响对这些化合物的吸附。
  溶液的pH值还会影响吸附质(溶质)的溶解度,以及影响胶体物质吸附质(溶质)的带电情况。
  由于活性炭能吸附水中氢、氧离子,因此影响对其他离子的吸附。
  活性炭从水中吸附有机污染物质的效果,一般随溶液pH值的增加而降低,pH值高于9.0时,不易吸附,pH值越低时效果越好。在实际应用中,通过试验确定最佳pH值范围。



四、溶液温度的影响

  因为液相吸附时吸附热较小,所以溶液温度的影响较小。
  吸附是放热反应。吸附热,即活性炭吸附单位重量的吸附质(溶质)放出的总热量,以KJ/mol为单位。吸附热越大,温度对吸附的影响越大。
  另一方面,温度对物质的溶解度有影响,因此对吸附也有影响。
  用活性炭处理水时,温度对吸附的影响不显著。



五、多组分吸附质共存的影响

  应用吸附法处理水时,通常水中不是单一的污染物质,而是多组分污染物的混合物。在吸附时,它们之间可以共吸附,互相促进或互相干扰。一般情况下,多组分吸附时分别的吸附容量比单组分吸附时低。

六、吸附操作条件

  因为活性炭液相吸附时,外扩散(液膜扩散)速度对吸附有影响,所以吸附装置的型式、接触时间(通水速度)等对吸附效果都有影响。



从上面可以看出活性炭是一种非常优良的吸附剂,它是利用木炭、各种果壳和优质煤等作为原料,通过物理和化学方法对原料进行破碎、过筛、催化剂活化、漂洗、烘干和筛选等一系列工序加工制造而成。它具有物理吸附和化学吸附的双重特性,可以有选择的吸附气相、液相中的各种物质,以达到脱色精制、消毒除臭和去污提纯等目的。检验标准可按照中国国标GB,或按照其他国家标准,如:美国ASTM,日本JIS,德国DIN标准等。影响吸附的因素也很多,应综合分析,根据具体情况,选择最佳吸附条件,达到最好的吸附效果。


工作原理:
  活性碳內部有大量的孔隙(pores)的,孔內有許多約1Onm~lA大小的毛細管,1g的活性碳內部表面積約700-1400m2,而這些毛細管及孔隙,就成為吸附作用發生的最佳地點。
  主要吸附對象:
  1.DOC( Dissolved Organic Carbon, 溶態有機物)-- 分子量在60到300道爾頓的DOC(以分子態為主)
  2.重金屬
  3.極性較強的複合非有機離子—如氯酸離子、次氯酸離子…等
  ***AC的吸附作用是藉由微孔隙的孔洞大小與極性,吸附大小適當或極性相吸的物質,因此,以分子態物質而言,就有特定的範圍,過小過大都有吸附上的困難。若分子量偏小,但極性夠的話,也會加強吸附作用。因此,單原子離子態(如Cl-氯離子)或者螯合物(Chelate)就不會是AC吸附的主角。
  
製造方法:
  活性碳是以木頭、水果核、椰子殼、煤炭或石油底渣等物質,以極高溫下乾餾炭化而成。炭化後,還需經過〔活化〕的過程,才算真的活性炭。活化的方法,有物理性及化學性兩種;活化的目的,主要是增加孔隙(pores)。物理性活化,例如:通入熱空氣、水蒸氣;化學性活化,如:通入磷酸..等。
  海水養殖使用AC目的:
  吸附水中的DOC、無極分子、有極離子、有極分子、重金屬。達到去除水中毒物、色素、氣味的目的。
  海水養殖使用AC注意事項:
  1.磷酸釋出:
  由於部份AC因其原料及加工過程的關係,會在置入水中後,釋出磷酸。因此對於海水養殖為用途的我們,就要特別注意這一點。
  2.微量原素:
  另一個大家爭議的部份,是AC會一併吸走微量原素。關於這點,在參閱國外相關網站、書藉、與對AC的專論後,特別摘要重點,詳釋如下:
  A.無論有沒有用AC,海水生態缸都有微量原素不足的問題。意即無論用不用AC,為了維持一個健康的缸子,都要以換水或添加劑的方式補充。
  B.大部份微量原素正好偏離AC吸附光譜的高峰,意即不是太小(單原子離子態)就是太大(螯合物)。
  C.大部份專家,都認為使用AC整體的利大於弊。(至少我查到資料的大多數作者持這樣的看法)
  
AC的選擇標準:
  1.粉塵少
  2.質地輕(疏鬆)
  3.剛放入水中時,會浮於水面上,並發出嘶嘶聲
  4.不釋出磷酸
  

AC的用量:
  關於AC的使用量,不同作者的意見就差很多,從(一茶匙/10公升)到(一公斤/200公升)都有人建議。但有幾個大原則是不變的:
  1.硬骨缸>軟體缸>FO
  2.藻類多的>藻類少的>沒有藻的
  各門派的建議用量之所以差異頗大,是因為每個人的養殖生物與器材皆異,最好的方式還是親身實驗找出自己缸子的最適用量:以觀察缸中生物狀況為指標,以1/2、1、3/2、2…杯AC對應100公升水去實驗,找出最適量。
  

AC的使用效期:
  這點也是各家眾說紛云,有的認為可以有效半年,有的認為必須以“小時”為單位。由於效期是與AC的品質有絕對的關係,因此,各家所稱的效期不同本來就是很正常的。
  最標準的測量法,必須測定進水及出水的TOC濃度差(或細菌數量差),以判定該AC是否仍有效。
  但一來AC實在不是很貴的東西、二來太老的AC會傾向釋出之前吸附的物質(反而成為毒物來源),所以1~2個月內置換是較合理的作法。也由於其微孔隙會成為細菌著床的地方,定期小量置換是理想的方式。
  例如:若某缸最適AC量為一公斤,將AC裝成每包250克,每星期放入一包,直到缸中有四包,第五星期取出第一包,再放入新的一包,使缸中保持一公斤的量,但最老的不超過一個月,每星也是置換四分之一的活性碳。
  

海水養殖使用AC技巧:
  # 由於活性碳多孔的特性,細菌會著床繁殖,故使用上,最好把用量分成3-5等份,分包加入或置換,以避免因細菌的數量驟變,進而影響水質因子
  例如: 打算放入500克的活性碳,最好包成100克的五包,每星期加入一包,置換或取出時,也是一星期拿出(換新)一包
  # 活性碳的放置,最好放在有水壓,會強迫水流經過的地方,否則效果會減弱不少(這點相當重要,要不然會事倍功半)
  # 包活性碳的袋子,我試過用不織布的最好用,孔隙大又不會掉顆粒
  

其他補充:
  關於AC吸附〔氯〕的問題,引起一些網友關心,在此簡釋一下:
  AC是會吸附的[氯],是指自來水處理過程中,以加入氯氣或二氧化氯的方式來殺菌消毒兼漂白,因而水中殘留氯分子、氯酸鹽離子、次氯酸鹽離子等物質。這時,將水通過AC就可以吸走這些物質。至於海水缸中的氯離子,是不會被去除的。

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