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活性炭介绍

日期: 2018-10-05
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你好,活性炭!很高兴重新认识你!【吸附技术——认识活性炭】

一、按活性炭的形状分类

 

形状

特征

粉状活性炭

约80目,除以木屑等为原料生产的粉状活性炭外,还包括颗粒活性炭的粉化产物等

颗粒活性炭

颗粒密度>100目,从形状上可分为破碎状、圆柱状、球状、中空微球状等几种

破碎状炭

椰壳活性炭、煤质活性炭属于此类。活性炭的外表面因破碎而具有棱角

球形炭

有将炭化物作成球形以后再活化及以球形树脂为原料生产的活性炭两种

纤维状活性炭

以纤维状的物质为原料制成的活性炭。有丝状、布状及毡状几种

二、按材质分类

适用于制造活性炭的原材料可分成矿物性原料和植物性原料两大类。

1、矿物性原料:包括无烟煤、半无烟煤、烟煤、褐煤、泥煤、煤焦油、煤沥青、石油焦、石油残渣、石油沥青等。

石油系原料的特点是灰分低(﹤1%)、初始孔隙以微孔为主,可用来制造微孔型活性炭,用石油焦或石油残渣制造活性炭分子筛;向煤系原料中添加20~60%的石油焦或石油残渣制造低灰黄金吸咐炭或其它重金属离子吸咐炭;用石油焦或石油沥青为原料,强碱活化法制造高表面积活性炭(比表面积高达3000~3600m2/g);用石油沥青为原料,中间相法制成微球(粒径0.1~0.5mm),制造血液透析用特种活性炭;将石油沥青进行改性处理,熔融纺丝后制造纤维状活性炭,等等。

2、植物性原料:包括木炭、木屑、椰壳、桃核、核桃壳、杏核、其它果壳、木焦油、木沥青 、造纸黑液(造纸残渣)、其它含木质纤维素的工农业废料等。

木屑活性炭及少量果核/果壳类活性炭采用化学活化法生产;其它材料多采用气体活化法来制造活性炭产品。


种类

原料及特征

木质活性炭

木屑、木炭等;高吸附、低密度,应用于气相吸附、溶剂回收、催化剂载体等领域

果壳活性炭

椰子壳、核桃壳、杏核壳等;强度高,吸附性能好、灰分低、使用周期长

煤质活性炭

褐煤、泥煤、烟煤、无烟煤等;水处理、气相吸附、溶剂回收、催化剂载体等领域

石油类活性炭

例如以沥青等为原料制成的沥青基球状活性炭

再生炭

以用过的废炭为原料,进行再活化处理的再生活性炭

三、按活性炭的机能分类

 

活性炭

机能

高比表面积活性炭

比表面积为2500m2/g以上,用强碱活化法制造

分子筛活性炭

孔径非常小,用于分离气体

添载活性炭

在活性炭上添载金属盐之类的各种化学药品,用于脱臭、触媒等场合

生物活性炭

水处理的方法之一。使活性炭表面形成微生物膜,通过微生物的分解作用进行净化。与臭氧处理配合,用于净水的高度处理

 

四、活性炭技术指标

工业上应用活性炭要求机械强度大、耐磨性能好,结构力求稳定,吸附所需能量小,以有利于再生。孔径分布与常规性能指标之间的对应关系,直径0.6~6nm的孔隙是四氯化碳的有效吸附孔,直径0.56~5nm的孔隙能有效吸附碘,直径1.09~10nm的孔隙对亚甲兰分子有效。充填密度是用于计算活性炭的购买量,从该值的大小也可以看出活性炭孔隙的多少,一般为0.4-0.5g/cm3,数值低的,相对而言孔比较发达。灰分的高低用于表征活性炭的品质高低,一般灰份高,吸附值就小。气体或非极性挥发有机物吸附主要看CTC吸附值,液相看碘值,有机染料看亚甲蓝值,极性挥发有机物看苯酚值。

 

项目指标

按形状分类

按材质分类

颗粒活性炭

柱状活性炭

木炭一级品活性炭

木炭二级品活性炭

果壳活性炭

木质柱状活性炭

煤质柱状活性炭

碘值mg/g

≥950

≥850

1000

900

≥600

1100-1300

≥850

苯吸附mg/g

≥450





45%-65%

≥400

比表面m2/g

900-1100

500-900



800

1400-2400

500-900

充填密度g/cm3

0.45-0.55

0.45-0.55





0.45-0.55

强度%

≥90

≥90

90.0

90.0

≥97

95-99.9

≥90

水分%

≤10

≤10

≤10.0

≤10.0

≤8

5

≤10

CTC吸附值%





≥30

100-140


表观密度g/ml



0.45~0.55

0.32~0.47


0.33-0.38


着火点℃






400-450


灰分%



≤3.0

≤4.0

≤8

3-6


粒度



(800μm~280μm),%≥90

(800μm~280μm),%≥85


2,3,4mm


亚甲蓝值ml/g







≥8

pH值



4.0~7.5

4.0~7.5




铁含量



≤0.10

≤0.15




五、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:吸附量;压降或床层膨胀;抗磨性;大小、水分、灰分、pH值和可溶物。

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。

六、常用的各种溶剂回收用吸附剂的性质

用于溶剂蒸气回收的活性炭,特别应关注其吸附性能和脱附性能之间的平衡,最好能根据溶剂分子的尺寸对活性炭的孔径分布进行合理设计和调整,使其对溶剂的有效工作容量(饱和吸附量与可脱附量之间的差值)最大化;当活性炭仅用于溶剂浓缩,之后进行溶剂无害化处理(多采用焚烧或催化燃烧)时,虽然脱附性能亦应被关注,但要求会大大低于回收时的情况。


活性炭介绍 

迄今已成熟的、可被煤质活性炭回收或浓缩后进行无害化处理的有机溶剂有:乙醇、丙酮、醚、苯、甲苯、二甲苯、三氯甲烷、三氯乙烯、酯、二氯甲烷、汽油、四氯化碳等;已有应用,但困难较大的溶剂有:二硫化碳、油漆车间的溶剂蒸汽等。

回收溶剂用煤质颗粒活性炭技术指标应符合下表要求:

项目

指标

优级

一级

合格

孔容积,cm3/g

≥0.65

比表面积,m2/g

≥850

四氯化炭吸附率,%

≥70

60-69

54

四氯化炭脱附率,%

≥80

着火点℃

≥350

水分%

≤5

强度%

≥90

pH

8~10

装填密度g/L

350~500

420~520

480~560

粒度,%

>5.60 mm

2.5~5.6

1.00~2.5

≤1.00

≤5%

≥79%

≤15%

≤1%

粒度可协商

高吸附用煤质颗粒活性炭适用于吸附气相有害物质,液相有害物质,脱除各种有机蒸汽,滤除有害气体及空气中的臭味等用的煤质颗粒活性炭。技术指标应符合下表要求。

 

 

项目

指标

优级

一级

孔容积,cm3/g

≥0.08

比表面积,m2/g

≥950

pH值

6~10

焦糖脱色率,%

≥90

水分%

≤5

强度%

≥90

四氯化炭吸附率,%

≥80

70~79

碘吸附值mg/g

≥1050

1000~1049

装填密度g/L

300~480

粒度%

¢1.5mm

¢4mm

粒度可以协商

 

 

七、活性炭对各种有机物质和无机气体的吸附容量

 

成分

饱合吸附容量(%)

摘要

成分

饱合吸附容量(%)

摘要

(醇类)



(芳香烃类)



乙醇

21


23

溶剂

甲醇

10

木精

硝基(代)苯

20


丁醇

34

溶剂

甲苯

25

溶剂

戊醇

35

杂醇油

二甲苯

26

溶剂

(醚)

8

燃料

(醛)

16

溶剂

乙醚



乙醛

7

药品燃烧排气

二异丙醚

15

医药品

丙醛

15


甲醚

18

溶剂

丁醛

20


丁醚

10


甲醛

很少

燃烧排气臭

(酮类)



(有机酸)



丙酮

10

溶剂,辛辣味

醋酸(乙酸)

37

药品

二乙基甲酮

30

溶剂,丙酮味

酪酸

35

体臭

丁酮

10

溶剂,丙酮味

甲酸

7

药品

甲基丁基酮

20

溶剂

棕榈酸

35

棕榈油

(酯)

20

溶剂

丙酸

30


醋酸戊酯



丙烯酸

20


醋酸丁酯

41

漆溶剂

辛酸

35

动物臭

醋酸乙酯

28

漆溶剂

(硫醇)  



醋酸丙酯

19

漆溶剂

甲硫醇

20

黄萝卜咸菜臭

醋酸甲酯

23

漆溶剂

乙硫醇

23


(脂肪类碳化氢)



丙硫醇

25


丙烷

5

燃料

(无机气体)



丙烯

5

煤气

一些

刺激臭

癸烷

35

灯油成分

二硫化碳

15

粘胶

庚烷

20

汽油成分

四氯化碳

45

溶剂灭火用

己烷

10

汽油成分

氯化气

12

燃烧气体

壬烷

30

灯油成分

硫化气

3

腐蛋臭

三氯甲烷

40

麻醉药

二氧化氨

10

燃烧气体

二氯甲烷

25


二氧化硫

10

燃烧排气

氯化甲烷

5


三氧化硫

15

燃烧排气

 

 

八、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 ;酚类 ;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。

 

九、气相吸附用活性炭

气相吸附中常使用颗粒活性炭,通常是让气流通过活性炭层进行吸附。根据吸附装置中活性炭层所处状态的不同,吸附层有固定层、移动层和流动层几种。除了颗粒活性炭以外,活性炭纤维和活性炭成型物也正在气相吸附中得到日益广泛的应用。

颗粒活性炭对浓度在l00mg/m3左右的VOCs有较好的净化效果。其使用周期约在1000h(约40天)以上,但净化效果随使用时间的延长会有所下降。颗粒活性炭优点是价廉易得、较大的表面积、良好的微孔结构、多样的吸附效果、较高的吸附容量和高度的表面反应性;但是也存在一定缺点,颗粒活性炭吸附对优先控制污染物名单中绝大多数的极性有机物,特别是危害较大的卤代烃的吸附效果不太好,而颗粒活性炭吸附后的再生问题一直难以得到满意的解决。吸附效果取决于吸附剂性质、VOCs种类、浓度、性质和吸附系统的操作温度、湿度、压力等,而且气体中的水分对颗粒活性炭的吸附量有很大影响,尤其是当相对湿度大于50%时,颗粒活性炭对VOCs的吸附容量会急剧下降。所有颗粒活性炭最适于处理VOCs浓度为300×10-6~5000×10-6的有机废气,主要用于吸附回收脂肪和芳香族碳氢化合物、大部分含氯溶剂、常用醇类、部分酮类和酯类等,常见的有苯、甲苯、己烷、庚烷、甲基乙基酮、丙酮、四氯化碳、萘、醋酸乙酯等;不适用于胺,硫化氢,低级胺类等成份所致臭气之控制处理,此种废气可利用添着炭处理,或采取添着炭和活性炭并用的方式,或采用药液洗涤和活性炭结合方式,或采取化学吸附剂处理。颗粒活性炭的吸附孔比较小,回放率比较高。

废气吸附可以采用4-8目的椰壳活性炭。煤质柱状活性炭的价格比较低,吸附率高,孔隙率大、脱附速度快,强度比较好,相对阻力小,表面积大,与废气的接触面较广;直径一般为1.5mm、3.0mm、4.0mm、5.0mm的,用的比较多的是4.0mm;常用四氯化碳值60%以上,最少也要50%以上。


活性炭介绍

煤质柱状活性炭

煤质活性炭具有发达的孔隙结构,良好的化学稳定性和机械强度,是一种优良的广谱碳炭吸咐材料。根据煤质活性炭的外表形态的不同,煤质活性炭主要可分为煤质成型炭和原煤破碎炭两大类。其耐酸,耐碱,耐热,颗粒活性炭在吸咐饱和后,可方便地再生。

煤质活性炭的原料及其对活性炭最终性能的影响

(1)无烟煤:年老无烟煤可制造分子筛活性炭,也有将其磨粉后添加少量化学药剂,强制性扩孔以制造有商业价值的活性炭;半无烟煤是传统的催化剂载体活性炭的生产原料。

(2)烟煤:贫煤、贫瘦煤和瘦煤制成的活性炭,微孔(孔直径≤2nm)和细中孔(孔直径2~10nm)似乎较为发达;焦煤和1/3焦煤与其它煤种配合使用,能明显提高最终活性炭产品的机械耐磨强度;肥煤制成的活性炭吸附性能尚可,但机械强度较低;弱粘煤,可直接生产出高性能的原煤破碎活性炭,适用于饮用水的深度处理;配以适当的其它煤种时,可制造出气相吸附及催化剂载体用活性炭品种,可以很容易地用其它原料改变其孔隙结构,制造出各种用途的专用炭产品,可加工性能非常优异;1/2中粘煤、弱粘煤和不粘煤,大多数仅能用于柱状炭的制造,不适于用来生产压块炭、直接破碎炭或球形炭。

(3)褐煤,北方的褐煤煤化程度较高,南方的褐煤属年轻褐煤。两类褐煤均不能单独制成压块炭或直接破碎炭(原因是粉化率过高),可以制得大中孔发达的柱状成型炭。

(4)泥煤,又称泥炭。与褐煤的际遇相似,泥煤几乎是一种完全被国内活性炭制造业遗忘的煤种。

煤质活性炭分为:煤质直接破碎颗粒活性炭、压块/压片/压丸法无定形破碎颗粒活性炭、柱状成型颗粒活性炭(具有一些其它炭品种无法替代的优势如机械强度高、颗粒规整度好、再生性能优越等)、煤质球形活性炭、煤质活性炭分子筛。

煤质柱状活性炭选用优质无烟煤为原料,它的外观为呈黑色圆柱状颗粒;特点具有合理的孔隙结构,良好的吸附性能,机械强度高,易反复再生,造价低等特点;由于柱状活性炭的种种优点,目前已经广泛应用于毒气体的净化,废气处理,工业和生活用水的净化处理,溶剂回收等方面。柱状活性炭也分大小,通常常指粒径,大小分为了1.5MM~10MM不等,可根据需求工艺不同而选择。

煤质柱状活性炭价格

大风量低浓度的废气碘值750可实现,碘值的高低也能看出是否具有再生价值。价格区间在2500-4500之间每吨不等。回收成本是根据用过之后的状态决定:处理什么样的废气、达到怎样的饱和程度、还有有多大的价值等等,运费、人工、回来再次煅烧、消耗等决定。再生设备复杂:回来还要进炉子、再次煅烧、除尘、损耗等很多道工序。活性炭使用周期在一两年。


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