活性炭
CAS号:64365-11-3  分子式:CH4  分子量:16.0400009155273  EINECS号:264-846-4
中文同义词:活性炭;焦炭分子筛;气相吸附用活性炭;针剂用活性炭;活性炭(净化空气);碳分子筛;活性炭(净化水);溶剂回收活性炭
外文名active carbon  性状  粉状或粒状的多孔无定形炭  
特性  微孔结构发达，比表面积和吸附活性大   再生方法  热再生法、电化学再生法等
活性炭应用  污水处理、电极、烟气治理等制备方法化学活化、物理活化等
活性炭简介
活性炭是一种经特殊处理的炭，将有ji机原料（果壳、煤、木材等）在隔绝空气的条件下加热，以减少非碳成分（此过程称为炭化），然后与气体反应，表面被侵蚀，产生微孔发达的结构 （此过程称为活化）。由于活化的过程是一个微观过程，即大量的分子碳化物表面侵蚀是点状侵蚀 ，所以造成了活性炭表面具有无数细小孔隙。活性炭表面的微孔直径大多在2～50nm之间，即使是少量的活性炭，也有巨大的表面积，每克活性炭的表面积为500~1500m2，活性炭的一切应用，几乎都基于活性炭的这一特点
活性炭是由木质、煤质和石shi油焦等含碳的原料经热解、活化加工制备而成，具有发达的孔隙结构、较大的比表面积和丰富的表面化学基团，特异性吸附能力较强的炭材料的统称 
通常为粉状或粒状具有很强吸附能力的多孔无定形炭。由固态碳质物（如煤、木料、硬果壳、果核、树脂等）在隔绝空气条件下经600～900℃高温炭化，然后在400～900℃条件下用空气、二氧hua化碳、水蒸气或三者的混合气体进行氧化活化后获得 
炭化使碳以外的物质挥发，氧化活化可进一步去掉残留的挥发物质，产生新的和扩大原有的孔隙，改善微孔结构，增加活性。低温（400℃）活化的炭称L-炭，高温（900℃）活化的炭称H-炭。H-炭必须在惰性气氛中冷却，否则会转变为L-炭。活性炭的吸附性能与氧化活化时气体的化学性质及其浓度、活化温度、活化程度、活性炭中无机物组成及其含量等因素有关，主要取决于活化气体性质及活化温度。
活性炭的含炭量、比表面积、灰分含量及其水悬浮液的pH值皆随活化温度的提高而增大。活化温度愈高，残留的挥发物质挥发愈完全，微孔结构愈发达，比表面积和吸附活性愈大 
活性炭中的灰分组成及其含量对炭的吸附活性有很大影响。灰分主要由K2O、Na2O、CaO、MgO、Fe2O3、Al2O3、P2O5、SO3、Cl-等组成，灰分含量与制取活性炭的原料有关，而且，随炭中挥发物的去除，炭中的灰分含量增大。
活性炭分类
中国国家标准将活性炭按照两部分进行分类：一部分按制造使用的主要原材料，另一部分按制造使用的原材料及对应的产品形状组合分类。
活性炭按制造使用的主要原材料分为四类：煤质活性炭、木质活性炭、合成材料活性炭和其他类活性炭。按制造使用主要原材料及对应的产品形状组合分类分为16种类型。其中，煤质活性炭分为：柱状煤质颗粒活性炭、 破碎煤质颗粒活性炭、粉状煤质颗粒活性炭、球形煤质颗粒活性炭。木质颗粒活性炭分为：柱状木质颗粒活性炭、破碎状木质颗粒活性炭、粉状木质颗粒活性炭、球形木质颗粒活性炭。合成材料活性炭分为：柱状合成材料颗粒活性炭、破碎状合成材料颗粒活性炭、粉状合成材料颗粒活性炭、成形活性炭、球形合成材料颗粒活性炭、 布类合成材料活性炭（炭纤维布）、毡类合成材料活性炭（炭纤维毡）。其他类活性炭，指除上述三种类型活性炭外，由其他原材料（如煤沥li青、石you油焦等）制备的活性炭，这类活性炭，在产品形状分类中，暂列了沥青基微球活性炭。详细分类见下表

制造原材料分类	产品形状分类
煤质活性炭	柱状煤质颗粒活性炭
	破碎煤质颗粒活性炭
	粉状煤质颗粒活性炭
	球形煤质颗粒活性炭
木质活性炭	柱状木质颗粒活性炭
	破碎状木质颗粒活性炭
	粉状木质颗粒活性炭
	球形木质颗粒活性炭
合成材料活性炭	柱状合成材料颗粒活性炭
	破碎状合成材料颗粒活性炭
	粉状合成材料颗粒活性炭
	成形活性炭
	球形合成材料颗粒活性炭
	布类合成材料活性炭（炭纤维布）
	毡类合成材料活性炭（炭纤维毡）
其他类活性炭	沥青基微球活性炭

活性炭应用领域
（1）处理含油污水
吸附法进行油水分离是利用亲油性材料，吸附废水中的溶解油及其它溶解性有ji机物。zui常用的吸油材料是活性炭，可吸附废水中的分散油、乳化油和溶解油。由于活性炭对油的吸附容量有限（一般为30～80mg/g)），成本高，再生困难，通常只用作含油废水多级处理的zui后一级处理，出水含油质量浓度可降至0.1～0.2mg/L  
由于活性炭对水的预处理要求高，而且活性炭的价格昂贵，因此在废水处理中，活性炭主要用来去除废水中的微量污染物，以达到深度净化的目的。 炼油厂含油废水，先经隔油、气浮和生物处理，再经砂滤和活性炭过滤深度处理。废水的含量从0.1 mg/L（经生物处理后）降至0.005mg/L，含氰量从0.19mg/L降至0.048mg/L，COD从85mg/L 降至18mg/L 
（2）处理染料废水
染料废水成分复杂、水质变化大、色度深、浓度大，处理困难。处理方法主要有氧化、吸附、膜分离、絮凝、生物降解等。这些方法各有优缺点，其中活性炭能有效地去除废水的色度和COD。活性炭处理染料废水在国内外都有研究，但大多数是和其它工艺耦合，活性炭吸附多用于深度处理或将活性炭作为载体和催化剂，单独使用活性炭处理较高浓度染料废水的研究很少 
活性炭对染料废水有良好的脱色效果。染料废水的脱色率随温度的升高而增加，而pH值对染料废水的脱色效果没有太大的影响。在zui佳吸附工艺条件下，酸性品红、碱性品红废水的脱色率均>97%，出水的色度稀释倍数≤50倍，COD<50mg/L，达到国家一级排放标准 
（3）处理含汞废水
重金属污染物中以汞的du性zui大，当汞进入人体内，就会破坏酶和其它蛋白质的功能并影响其重新合成。活性炭有吸附汞和含的性能，但吸附能力有限，只适宜于处理含汞量低的废水。如果含汞的浓度较高，可以先用化学沉淀法处理，处理后含汞约1mg/L，高时可达2~3mg/L，然后再用活性炭做进一步的处理 
（4）处理含铬废水
活性炭表面存在大量的含氧基团如羟基（-OH）、羧基（-COOH）等，它们都有静电吸附功能，对六价铬产生化学吸附作用，能有效地吸附废水中的六价铬，吸附后的废水可达到国家排放标准 
利用活性炭处理含铬废水是活性炭对溶液中六价铬的物理吸附、化学吸附、化学还原等综合作用的结果。活性炭处理含铬废水，吸附性能稳定，处理效率高，操作费用低，有一定的社会效益和经济效益。因此，用活性炭处理含铬废水已得到广泛应用 
（5）催化和负载催化剂
石墨化炭和无定型炭是活性炭晶型的组成部分，因为具有不饱和键，所以表现出类似结晶缺陷的功能。活性炭因为结晶缺陷的存在而被作为催化剂广泛应用，同时，因为其具有大的比表面积及多孔结构，活性炭还被广泛用作催化剂载体 
采用γ射线处理商品活性炭，此过程可以在不影响活性炭物理性质的条件下改变活性炭表面化学特性。通过紫外线辐射和模拟太阳光辐射研究了光催化中活性炭表面化学所发挥的作用。结果表明，无论是紫外线还是模拟太阳光辐射，活性炭都可以发挥光催化作用。通过测定紫外线/活性炭和模拟太阳光/活性炭体系中羟基自由基和**氧阴离子自由基表明，由活性炭充当光催化剂和光诱导反应物可以有效消除杂质对反应的影响，体系中羟基自由基和**氧阴离子自由基的获得远**单纯采用光辐射。这为发展自由基化学和寻找新的自由基反应提供了新的可能 
活性污泥因为成分复杂，导致其厌氧腐化过程缓慢。有学者将粒状活性炭用于活性污泥的厌氧腐化，使活性污泥腐化过程中甲jia烷产率提高了17.4%，同时使活性污泥腐化率提高了6.1%。另外在活性炭表面引入-SO3H，对合成甲jia基叔戊基醚过程有催化作用，该催化剂制备方便，催化活性高且不易分解，体现出改性活性炭催化剂的巨大应用潜能。有研究表明采用粒状活性炭负载臭yang氧体系使腐殖酸的催化氧化率达到48.1%，为腐殖酸的降解提供了新的途径。通过活性炭负载氧化铝作为改性活性炭糊电极用于的电催化氧化研究，表现出了较好的稳定性和可重复使用性，同时具有相对较低的检出限和较宽的检测范围 
（6）临lin床医yi用
活性炭由于其良好的吸附性能，可用于急性临床胃肠解du急救，其具有不被胃肠道吸收且无刺激性、可以直接口服、简单便利等优点；同时，活性炭也被用于血液净化和ai症治zhi疗等。研究表明，以纳米活性炭作示踪剂可以有效增加结肠直肠ai患者淋巴结检测次数。活性炭纤维具有两种特性：一是吸附性能；二是远红外放射性能。将银吸附在活性炭纤维上，用于治zhi疗慢性创面患者，在接受治zhi疗的数月内伤口没有任何不良反应。有学者以椰壳活性炭为载体负载加替沙星，结果表明，其对加替沙星负载能力较好，可以用作加替沙星的缓释载体。对选用扑热息疼和布洛芬作为模型yao物，采用活性炭作为yao物载体的研究表明，活性炭颗粒表现出非常低的细胞du性，该研究为活性炭作为无定型yao物载体提供了支持。有学者单纯利用每日两次直肠局部注入高活性粒状活性炭来治zhi疗简单的慢性肛瘘，结果表明，这种治zhi疗方法效果良好、安全性高，并且相较于其它治zhi疗方法，病人更容易接受，为慢性肛瘘的缓解提供了新的策略 
（7）用于**ji级电容器电极
**ji级电容器主要由电极活性材料、电解液、集流体和隔膜等部分组成，其中电极材料直接决定着电容器性能的高低。活性炭具有比表面积大、孔隙发达及容易制备等优点，成为了**ji级电容器zui早应用的碳质电极材料。可通过对传统活性炭的改性，制备新型及高性能的活性炭电极材料。以聚偏二2氯乙xi烯为前驱体，只通过炭化处理而*其它后处理制备出比表面积1200m2·g-1、孔容0.48cm3·g-1的多孔炭，其zui高比电容为262F·g-1，电极密度在0.8g·cm-3左右，体积比电容可达214F·cm-3，是一种有发展前途的**ji级电容器电极材料。另有研究将废弃茶叶炭化后再用KOH活化，制备了具有无定型特征的活性炭，其具有比表面积介于2245～2184m2·g-1的多孔结构，用其作为**ji级电容器电极，以KOH水溶液作为电解液，比电容高达330F·g-1，充电放电2000次后电容略有下降，为初始电容的92%，表现出良好的循环性能。若使用莲花花粉作为碳源和自模板，CO2为活化剂制备活性炭微粒，制备的活性炭具有三维纳米网格骨架构成的多孔空心结构，将这种特殊的活性炭用作**ji级电容器电极，其比电容高达 244F·g-1，充电放电10000次后电容无衰减 
（8）用于储
常用储方法有高压气态储、液化储、金属合金储和有ji机液体化物储、炭材料储等，其中炭材料主要有**ji级活性炭、纳米碳纤维以及碳纳米管等，而**ji级活性炭因为原料丰富、比表面积大、表面化学性能修饰、储量大、解吸速度快、循环使用寿命长以及容易产业化受到广泛关注。有学者利用 CO2活化模板制备多孔碳，获得了微孔介于0.7～1.3nm、中孔介于2～4nm、比表面积2829m2·g-1、孔容2.34cm3·g-1的**ji级活性炭材料，其在室温298K、中等压强8MPa条件下，对的吸附量可达0.95% 
21世纪以来，类似于金属-有ji机框架的多孔固体材料为的吸收储存开辟了新的发展方向。有学者在温和条件下将活性炭引入到金属－有ji机框架材料中，合成了具有高比表面积的活性炭-金属-有ji机框架混合材料，在77K、10 MPa条件下，对的吸附量从8.2%提高到了13.5%。控制**ji级活性炭制备工艺，得到适宜储的比表面积和孔径大小及分布，进而进行表面修饰，在室温及中等压强下，提高储量是**ji级活性炭储研究及应用的关键 
（9）用于烟气治理
活性炭材料在脱脱硝过程中，因其处理效果好、投资运行费用低、实现资源化、且易于再生利用等优点而引人注目，但是，单一的活性炭脱，速度慢，效率低。在提高活性炭脱的性能的过程中，改性活性炭引起重视，它能克服普通活性炭的某些缺点和限制，被认为是zui有前景的脱剂之一；另有研究表明，以亚铁盐和铜盐配方处理的活性炭对氨有很好的吸附性能 
（10）其他应用
在活性炭各种应用中，国家标准 《活性炭分类和命名》 的附录 A 中， 提供了不同类型活性炭主要用途对照表，该对照表，对指导不同用户选取不同类型的活性炭及其应用提供了方便，详见下表
制造原材料分类	产品类型	用途
煤质活性炭	柱状煤质颗粒活性炭	气体分离与精制、溶剂回收、烟气净化、脱脱硝、水质净化、污水处理、催化剂载体等
	破碎状煤质颗粒活性炭	气体净化、溶剂回收、水体净化、污水处理、环境保护等
　　粉状煤质活性炭 水污染应急处理、垃圾焚烧、化工脱色、烟气净化等
	球形煤质颗粒活性炭	炭分子筛、催化剂载体、防du面具、气体分离与精制、*吸附等
木质活性炭	柱状木质颗粒活性炭	气体分离与精制、黄金提取、水质净化、食品饮料脱色等
	破碎状木质颗粒活性炭	净化空气、溶剂回收、水质净化、味精精制、合成触媒等
	粉状木质活性炭	水体净化、注射针剂脱色、糖液脱色、味精及饮料脱色、yao用等
	球形木质颗粒活性炭	炭分子筛、血液净化、饮料精制、气体分离、提取黄金等
合成材料活性炭	　柱状合成材料颗粒活性炭	气体分离与净化、水体净化、烟气净化、污水处理、环境保护等
	破碎状合成材料颗粒活性炭	净化空气、脱除异味、环境保护、上水与污水处理等
	粉状合成材料活性炭	水质净化、垃圾焚烧、化工脱色、烟气净化等
	成形活性炭	净水滤芯、净水滤棒、净空蜂窝体、环境保护、过滤吸附等

活性炭再生
再生原理
活性炭再生，是指用物理或化学方法在不破坏其原有结构的前提下，去除吸附于活性炭微孔的吸附质，恢复其吸附性能的过程。活性炭吸附过程中，对吸附质和溶剂都有吸附作用，因亲和力的不同，经过一定时间的吸附，达到吸附平衡。活性炭再生就是要采取办法破坏这种平衡关系，其依据主要为以下几个方面：①改变吸附质的化学性质；②用对吸附质亲和力强的溶剂萃取；③用对活性炭亲和力比吸附质大的物质把吸附质置换出来，然后再使置换物质脱附，活性炭得到再生；④用外部加热、升高温度的办法改变平衡条件；⑤用降低溶剂中溶质浓度（或压力）的方法再生；⑥使吸附物（有ji机物）分解或氧化而除去 
再生方法
（1）热再生法
热再生法是应用zui成熟的活性炭再生方法。处理有ji机废水后的活性炭在再生过程中，根据加热到不同温度时有ji机物的变化，一般分为干燥、高温炭化及活化3个阶段。在干燥阶段，去除活性炭上的水分等可挥发性成分。高温炭化阶段是使吸附在活性炭上的部分有ji机物汽化脱附，部分有ji机物发生分解，以小分子物质脱附出来，残余的成分留在活性炭孔隙内成为固定炭。活化阶段是通入CO2、CO或水蒸气等气体，清理活性炭内部结构的微孔，使其恢复吸附活性。再生工艺的核心是活化阶段 
热再生法的再生效率比较高，时间短，应用比较范围广泛，但再生过程中炭损失较大，可达5%～10%。同时再生后的炭机械强度有所下降，吸附效率也会有所降低，多次重复再生后丧失吸附性能 
（2）生物再生法
利用微生物的新陈代谢，将吸附在活性炭上的污染物质氧化降解的方法称作生物再生法。活性炭的孔径一般只有几纳米，微生物很难进入其孔隙内部，通常微生物细胞酶可以流至细胞胞外，通过活性炭对酶的吸附，在炭表面形成酶促中心，分解污染物，达到再生的目的。生物法的投资和运行费用相对较低，但再生时间较长，水质和温度对再生效果的影响很大。同时，微生物处理污染物的选择性很强，且一般不能将所有的有ji机物彻底分解成CO2和H2O，其中间产物仍残留在微孔中，多次循环后再生效率会明显降低 
（3）湿式氧化再生法
湿式氧化再生法是指在高温高压的条件下，用氧气或空气作为氧化剂，将处于液相状态下吸附的有ji机物氧化分解成小分子物质的一种处理方法湿式氧化再生法操作比较简单、对吸附能力的影响小，炭损失率较低，通常适合处理du性高，生物难降解的有ji机物。 [10] 
以上均为传统再生方法，通常，传统的活性炭再生方法还有以下共同的不足：①活性炭损失较大；②再生后吸附能力会有明显下降；③再生时产生的尾气会造成二次污染 
（4）微波辐射再生法
微波辐射再生法是采用热再生法的原理而逐渐发展起来的活性炭再生方法。活性炭所吸附的吸附质中大多数是强极性物质，它们比活性炭吸收微波的能力强，因此可以用热解吸的方法来再生。吸附的极性分子，由于微波辐射诱导而较化，相互碰撞、摩擦产生高热量，从而将微波能量转化为热能。被吸附的水和有ji机分子受热挥发和炭化，孔道重新打开，恢复吸附活性。同时，活性炭本身吸收微波而升温，因温度过高而燃烧，导致燃烧失去一部分炭，炭孔径扩大 
微波再生方法的特点是加热时间短、再生效率高，同时因为加热过程中是进行选择性加热，能耗很低。然而，微波再生方法还不够成熟，很多重要问题需要亟待解决：①微波加热的机理研究不够深入，需要建立模型，获得更均匀的微波场；②微波发生器大多由家用微波炉改装，专业的微波再生加热装置亟待设计和开发 
（5）**临界流体再生法
**临界流体（SCF）的优点是密度大，溶解度大，传质速率高，扩散性能好，表面张力小。吸附的有ji机物非常容易溶于SCF溶剂。通过改变温度和压力，可以有效地将有ji机物与SCF分离，达到活性炭再生的目的
　　**临界流体（SFE）法再生活性炭中，zui常用的**临界流体为**临界CO2。该法对吸附类型是化学吸附的有ji机物再生效率不高，同时对工艺的技术及设备材料的要求比较高，投资费用大。该方法的研究还大都处于实验室规模，离实现工业化还有一定差距 
（6）电化学再生法
电化学再生法是一种的新型活性炭再生方法，近几年研究非常活跃。在两电极之间，填充吸附饱和后的活性炭，同时加入一定的电解液，通入直流电场，活性炭在电场作用下较化，一端呈阳极，另一端呈阴极，形成微电解槽，分别发生还原反应和氧化反应，吸附在活性炭上的大部分污染物发生分解，小部分发生脱附。该方法操作简单、效率高、能耗低，处理对象相对广泛


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