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活性炭介紹

簡介　　活性炭是傳統而現代的人造材料，又稱活性碳。自從問世一百年來，活性炭應用領域日益擴展，應用數量不斷遞增。回述炭應用的歷史，記載如下：
 

(1)公元前1550年，埃及又作為醫用的記載;
 

　　(2)公元前460~359年，希臘醫生Hippocrate用以治羊癲瘋;
 

　　(3) 1518~1593年，中國李時珍的本草綱目中提及用于治病
 

　　(4) 1993年有外用于潰瘍；
 

　　(5) 1794年，英國有家糖廠用于脫色。
 

　　上述例證應用的都是木炭，不是活性炭。
 

　　活性炭作為人造材料，是在1900年和1901年才發明的，發明者Raphael von Ostrejko,取得英國專利B.P.14224(1900);英國專利B.P.18040（1900）德國專利Ger.P.136792（1901）。
 

　　他發明將金屬氯化物炭化植物源原料或用二氧化碳或水蒸氣與炭化材料反應制造活性炭。1911年在維也納附近的工廠首次用于工業生產，當時產品是粉狀活性炭，商品名使Epomit；同年在荷蘭有Norit上市；1912年在捷克斯洛伐克又Carboraffin出售。（Ger.Pat.290656）。
 

　　回顧百年來世界活性炭應用的歷史，不妨粗略劃分為三個階段：
 

　　(1)第一階段，從20世紀初到約20世紀20年代為萌芽階段:
 

　　(2)第二階段，從約20世紀20年代中期為中期為成長階段;
 

　　(3)第三階段，從20世紀中期到20世紀末期為發展階段，發展成為環保大應用階段。
 

　　這三個階段可用活性炭應用歷程中兩件歷史性大事。作為劃分的界限。
 

　　第一件大事使活性炭防毒面具，在20世紀20年代在第一次世界大戰中的應用。可以次作為劃分活性炭應用歷史的第一階段和第二階段的界限。
 

　　活性炭在初期主要應用使粉炭在糖業中逐步代替了原來的骨炭。在20世紀20年代的第一次世界大戰中出現的顆粒大量應用于防毒面具。這是工業化學史輝煌的一頁。當時荷蘭的Norit和捷克斯洛伐克、德國=法國=瑞士等國的制造商和批發商曾成立一個聯合公司，說明在歐洲萌芽的活性炭也是廣為看好的新興產業。
 

　　通過防毒面具應用的推動，活性炭歷史進入了第二階段，活性炭市場不斷擴大，活性炭的吸附和催化功能在眾多行業的精制、回收、合成上的應用陸續開發，美國等的活性炭廠陸續開設。在20世紀中葉不斷拓展應用面的活性炭，被視為“萬能吸附劑”。
 

　　第二件大事是活性炭除臭作用，在20世紀40年代數以百計的自來水廠中采用了活性炭除臭。以此作為劃分活性炭應用歷史的第二階段與第三階段的界限。
 

　　1927年美國芝加哥自來水廠發生了廣大居民難以接受的自來水惡臭事故，這是由于原水中的苯酚和消毒用的氯生成異臭所致。德國等地的自來水廠也發生了同樣的事故，這些事故都是用活性炭來解決的。
 

　　此后，隨著環境保護日益受到重視，政府法令的日趨嚴格。活性炭不僅在凈水方面，而且在凈氣等方面的用量劇增，使得在20世紀的后半葉，環保產業成為活性炭應用的大戶。由此活性炭歷史進入了第三階段，即發展階段。
 

　　我國活性炭在應用歷史簡分為三個階段。
 

　　(1)第一階段使20世紀40年代以前，我國制藥工業、化學工業中使用活性炭量大，都用進口貨，例如用Carboraffin牌的活性炭。
 

　　(2)第二階段自20世紀50年代初開始，國產活性炭上市。1951年沈陽和撫順的單管爐廠、青島的反射爐悶燒法廠、上好的電熱活化法廠，接著又氯化鋅活化法廠，1958年福建、杭州、廣州、煙臺、東北等地紛紛建廠，1966年太原開創斯列普活化法廠，隨后我國陸續開設數以百計的斯列普爐廠。此外，還有不少的轉爐、粑式爐等工廠。總生產能力從1951年的三五十噸猛增到20世紀80年代的近十萬噸。
 

　　生產與應用相互促進，活性炭的應用范圍被迅速開拓。從原來單一的通用炭向多種的專用炭發展，例如凈水炭、糖炭、味精炭、油脂炭、黃金炭、載體炭、藥用炭、針劑炭、試劑炭等等，足見活性炭因國內經濟蒸蒸日上而應用量速增，又因產量擴大、陳本降低而使出口量上升。我國活性炭的應用，不僅在國內市場發展，而且進入了國際市場。
 

活性炭是一種非常優良的吸附劑，它是利用木炭、竹炭、各種果殼和優質煤等作為原料，通過物理和化學方法對原料進行破碎、過篩、催化劑活化、漂洗、烘干和篩選等一系列工序加工制造而成。它具有物理吸附和化學吸附的雙重特性，可以有選擇的吸附氣相、液相中的各種物質，以達到脫色精制、消毒除臭和去污提純等目的。檢驗標準可按照中國國標GB，或按照其他國家標準，如：美國ASTM，日本JIS，德國DIN標準等。
 

　　活性炭吸附性
 

　　吸附性質是活性炭的首要性質。活性炭具有像石墨晶粒卻無規則地排列的微晶。在活化過程中微晶間產生了形狀不同、大小不一的孔隙，假定活性炭的孔隙是圓筒孔形狀，活性炭按一定方法計算孔隙的半徑大小可分為二類：
 

　　(1) 按IUPAC分：
 

　　微孔 <1.0nm
 

　　中孔 1-25nm
 

　　大孔 >25nm。
 

　　(2) 按習慣分：
 

　　微孔 <150nm
 

　　中孔 150-20 000nm
 

　　大孔 >20 000nm。
 

　　由于這些孔隙，特別是微孔提供了巨大的表面積。
 

　　活性炭微孔的孔隙容積一般只有0.25-0.9mL/g，孔隙數量約為1020個/g,全部微孔表面積約為500-1500m2/g，通常以BET法測算，也有稱高達3500-5000 m2/g的。活性炭幾乎95%以上的表面積都在微孔中，因此除了有些大分子進不了外，微孔是決定活性炭吸附性能高低的重要因素。中孔的孔隙容積一般約為0.02-1.0mL/g，表面積高可達幾百平方米，一般只有活性炭總蠶種的約5%。其作用能吸附蒸汽，并能為吸附物提供進入微孔的通道，又能直接吸附較大的分子。
 

　　大孔的孔隙容積一般約為0.2-0.5 mL/g，表面積只約0.5-2 m2/g，其作用一是使吸附質分子快速深入活性炭內部較小的孔隙中去；二是作為催化載體時，催化劑常少量沉淀在微孔內，大都沉淀在大孔和中孔之中。
 

　　所提的活性炭表面積理應包括內表面積和外表面積，事實上吸附性質主要來自巨大的內表面積，因此不能誤認為：把活性炭研碎磨細會明顯提高表面積從而提高吸附力。
 

　　很多吸附是可逆的物理吸附，即被吸附物為流體，在一定溫度和壓力下被活性炭吸附，在高溫低壓下被吸附物又解吸出來，活性炭內表面恢復原狀。這是廣泛應用的物理吸附，學術上又稱為范德華吸附。
 

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