粉狀活性炭產(chǎn)品的外形主要有粉狀和粒狀兩大類。粉狀活性炭是非常微細的粉末,絕大部分可通過200目篩網(wǎng),大部分可通過325目篩網(wǎng),粉的尺寸在1~150μm之間(平均約40μm);通常,炭粉越幼細,它對雜質(zhì)的吸附速度越大。故常將活性炭產(chǎn)品進行高度的破碎和篩選,得到微細的粉末。粉狀炭的缺點是再生比較困難,通常不再生使用,故消耗量較大(近年也有研究將它再生)。粒狀活性炭通常都再生使用,消耗量較少。它有不定型顆粒狀和柱狀顆粒兩種,粒度在0.5~4mm之間。前者是通過適當?shù)钠扑楹秃Y選得到的,后者則是將原料通過造粒機壓制成型的。 用木屑為原料和用化學(xué)活化法通常制造粉狀活性炭粉狀活性炭應(yīng)用于水處理已有很長的歷史,在水的除氯、除嗅及污染物的吸附等方面發(fā)揮著重要的作用。近年來隨著過濾器、過濾系統(tǒng)等過濾設(shè)備制造行業(yè)的迅猛發(fā)展,由于活性炭具有強大的吸附作用,其被用作過濾濾料而廣泛應(yīng)用于水過濾與氣體過濾等領(lǐng)域。以下主要介紹下活性炭過濾器的吸附原理。
粉狀活性炭的特點 活性炭的主要成分是碳,含碳量約90%,通常是用各種植物碎料(木屑、椰殼及蔗渣等)或適當?shù)拿夯蚰咎繛樵希?jīng)過特殊的加工處理制成?;钚蕴康膬?nèi)部有很多極微細的孔隙??紫兜闹睆胶苄。士偙砻娣e很大,有很強的吸附能力。因原料和制造方法的不同,活性炭的品種相當多,分別適用于不同的用途。粉狀活性炭的微孔可以吸附低分子量的氣體和溶液中的小分子,但分子量較高的分子不能進入微孔內(nèi);中孔提供進入微孔的通道,本身又能吸附分子量較高的物質(zhì);大孔則兼有提供通道和吸附的作用。如果用活性炭吸附小分子物質(zhì),例如某些氣體(毒氣)和低分子量的有機物,可以使用微孔較多的產(chǎn)品;但如果要吸附較大的分子,則要選用有較多中孔的產(chǎn)品?;钚蕴康目紫兜臓顩r,決定于所用的生產(chǎn)原料及其成分、制造方法和條件等。
我國“糖液脫色用活性炭”的國家標準(GB/T13803.3-1999)規(guī)定,活性炭產(chǎn)品分為優(yōu)級品、一級品和二級品三種。其水分都低于10%;焦糖脫色率分別高于100、90和80,灰分分別低于3%、4%和5%(用磷酸法生產(chǎn)的活性炭可在7%~9%,不分等級),酸溶物分別低于1%、1.5%和2%,還有鐵含量和氯含量的規(guī)定。它們的pH值都在3~5之間。 活性炭具有芳香環(huán)式的結(jié)構(gòu),善于吸附芳香族有機物(糖汁中的有色物大部分屬于這類),并善于吸附含有三個碳原子以上的其他有機物。它對不帶電物質(zhì)的吸附力較強,而對帶電物質(zhì)(如陰離子)的吸附較弱。對后者的吸附與溶液pH值有關(guān):在酸性溶液中吸附較強,堿性溶液中較弱。因為弱酸性物質(zhì)在低pH下帶電較少以至不帶電,較易被吸附;高pH下電荷較強,不利于吸附。為避免蔗糖轉(zhuǎn)化,糖液用活性炭處理一般在中性下進行?;钚蕴繉o機離子的吸附作用很弱,但用磷酸作活化劑的活性炭,及經(jīng)過適當羧基化處理的活性炭,也能吸附少量的金屬離子。
活性炭屬無定型炭,由許多呈石墨型的層狀結(jié)構(gòu)的微晶不規(guī)則地集合而成,具有結(jié)晶缺陷,且具有巨大比表面、多孔結(jié)構(gòu)。按其原料分類可分為煤質(zhì)活性炭、木質(zhì)炭、果殼炭和骨質(zhì)炭;按其形態(tài)可分為柱狀炭、破碎炭、粉末炭,纖維活性炭?;钚蕴康闹饕蠟槊?、木材、果殼等富含碳元素的有機材料,通過活化而形成具有吸附能力的復(fù)雜的孔隙結(jié)構(gòu)??紫吨邪霃酱笥?/span>20000nm的為大孔,介于150-20000nm的為中孔,小于150nm的為微孔。活性炭的吸附作用主要發(fā)生在這些空隙和表面上,活性炭孔壁上大量的分子可以產(chǎn)生強大的引力將水和空氣中的雜質(zhì)吸引到孔隙中。
活性炭的吸附可分為物理吸附和化學(xué)吸附。物理吸附主要發(fā)生在活性炭豐富的微孔中,用于去除水和空氣中雜質(zhì),這些雜質(zhì)的分子直徑必須小于活性炭的孔徑。不同的原材料和加工工藝造成活性炭不同的微孔結(jié)構(gòu)、比表面積和孔徑,適用于不同的需求?;钚蕴坎粌H含有碳元素,而且在其表面含有官能團,與被吸附的物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng),從而與被吸附物質(zhì)常發(fā)生在活性炭的表面。介質(zhì)中的雜質(zhì)通過物理吸附和化學(xué)吸附不斷進入活性炭的多孔結(jié)構(gòu)中,使活性炭吸附飽和、吸附效果下降。吸附飽和后的活性炭需要進行活化再生,恢復(fù)其吸附能力,重復(fù)使用。評價活性炭的吸附性能指標主要有*值、碘值和焦糖吸附值等,吸附容量越大,吸附效果越好