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活性炭

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固體塊狀及粉末狀的活性碳

活性炭(Active charcoal),亦稱活性碳(Active carbon)、活化炭(Activated charcoal; Activated char)或活化碳(Activated carbon),是黑色粉末狀或顆粒狀的碳物質。活性炭在結構上由於微晶碳是不規則排列,在交叉連接之間有細孔,在活化時會產生碳組織缺陷,因此它是一種多孔碳,堆積密度低,比表面積大,也是做一個過濾器的主要物料。

歷史[編輯]

在20世紀初活性炭作為專利被發明之前,歷史上有文獻記載與許多提法的更多的是關於木炭應用的歷史。

公元前3750年,已知最早使用木炭的是埃及人和蘇美爾人。

公元前1550年,古埃及木炭作為醫用英語Activated charcoal (medication)的記載。古希臘名醫希波克拉底(公元前460-359)及古羅馬科學家老普林尼均有記載用木炭治療癲癇炭疽病的療法。[1]

公元前450年的腓尼基商船,淡水被儲存在燒焦的木桶里以抑制細菌滋生及變質,此法一直被沿用至18世紀。於同一時期的孔雀帝國印度教的宗教文件中提到利用沙子和木炭過濾和淨化恆河河水以作飲用。[來源請求]

157年,克勞迪烏斯醫療論文中提到了蔬菜動物來源製備的木炭,用於治療多種疾病。

中國明代李時珍(公元1518-1593年)所編著的本草綱目中提及木炭用於治療疾病。

1773年,卡爾·威廉·舍勒通過大量實驗發現木炭的吸附能力並且可以吸附各種氣體

1777年,報道了木炭熱效應與吸附氣體的能力,導致後來的「冷凝吸附理論」 的提出。

1785年,舍勒研究了木炭吸附氣體,其吸附能力從蒸氣到一系列的有機化學物質以及各種水溶液中使用木炭脫色,特別是生產酒石酸的商業應用。這似乎是第一次系統地考慮到在液相上木炭的吸附。在這個時候,製糖行業一直在尋找一種有效的糖漿脫色的方法。但是,木材木炭在這個時候並沒有特別有效的發揮這一作用,大概是因為孔隙度開發的程度尚未達到糖漿脫色所用木炭的程度的要求。

1794年,英國一家糖廠成功的生產出使用木炭脫色的糖漿。1805年,法國利用木炭脫色第一次大規模生產使用甜菜製備的糖漿。1805年至1808年,Delessert在甜菜釀酒中成功的使用木炭脫色。1815年,大部分製糖行業已轉用顆粒狀骨炭作為脫色劑

1822年,Bussy表明,影響活性炭脫色性能的除了固有的原始材料,還取決於熱加工和顆粒大小的成品。他表明,炭化過高溫度或過長,降低了吸附性能和孔隙度,雖然他沒有辦法衡量這一因素。 這是第一次記錄活性炭生產的熱和化學過程。

1841年,斯加登在加熱再生的骨碳之前系統化的使用鹽酸酸洗。這有效地消除了礦物鹽吸附的碳。他還介紹了在德國的第一個連續立窯生產以及再生骨碳的過程。

1854年,豪斯介紹了成功應用於倫敦下水道系統過濾器中去除蒸氣和氣體中的雜質的碳。1862年,Lipscombe製備出了使用碳淨化的飲用水

1865年,獵人發現了使用椰子殼為原料的炭具有很好的氣體吸附性能。1881年,凱澤爾首次使用'吸附'這個詞來形容吸收氣體的碳。

1901年,Raphael von Ostrejko發明以金屬氯化物炭化植物源原料或用二氧化碳水蒸氣炭化材料反應製造活性炭,並先後取得英國和德國專利。

1911年,奧地利的一家工廠生產出活性炭,商標名稱為Eponit。

1914年至1918年,第一次世界大戰毒氣體進入戰場,顆粒活性炭作為吸附劑得到規模化大量生產用於軍事用途的防毒面具濾毒罐英語Cartridges and canisters of air-purifying respirators

一戰以後,戰時發展大規模的活性炭生產導致戰後活性炭商業化生產及應用。在歐洲製造活性炭的新原料取得了很大進展。加入椰子、杏仁殼及氯化鋅生產出的活性炭具有較高的機械性和吸附氣體和蒸氣的能力。

1935-1940年,在捷克斯洛伐克通過木屑及氯化鋅作活化劑生產活性炭,用於清除、回收意外洩漏的揮發性溶劑煤氣等有害氣體。

種類[編輯]

多孔表面

由於原料來源、製造方法、外觀形狀和應用場合不同,活性炭的種類很多,到目前為止尚無精確的統計材料,大約有上千個品種。

活性炭的孔隙半徑大小可分為:

  • 大孔:半徑 > 20,000nm
  • 過渡孔:半徑150 ~ 20,000nm
  • 微孔:半徑 < 150nm

按原料來源分[編輯]

  • 木質活性炭
  • 獸骨、血炭
  • 礦物質原料活性炭
  • 其它原料的活性炭
  • 再生活性炭

按活化方法分[編輯]

  • 化學法活性炭(化學炭)
  • 物理法活性炭
  • 化學-物理法活性炭
  • 物理-化學法活性炭

按外觀形狀分[編輯]

  • 粉狀活性炭(Powdered activated carbon, PAC)
  • 顆粒活性炭(Granular activated carbon, GAC)
  • 成形活性碳(Extruded activated carbon, EAC )
    • 圓柱形活性炭
    • 球形活性炭(Bead activated carbon, BAC)
  • 活性炭纖維
  • 蜂窩活性炭
  • 其它形狀的活性炭

活化方法[編輯]

主要活化方法:

  1. 木炭、果殼炭、等原料經造粒後,在1000℃下用水蒸氣、二氧化碳、進行活化的氣體活化法。
  2. 乾燥後的原料用氯化鋅溶液浸漬,混合,在500~700℃下加熱,進行碳化或活化,稱為藥劑活化法。

活性炭的吸附性減弱後,可以再生。把活性炭置於容器里,通入一定壓力的水蒸氣,然後在一定量氧氣存在下,加熱到400 ℃,以除掉表面上的吸附物質。

用途[編輯]

以活性碳去除染料

活性炭是疏水性的吸附劑,具有對非極性物質有選擇性吸附的特性,還具有由碳表面的官能團產生的催化作用和碳本身作為反應物質的性質。關於它的反應機理現在還有許多不清楚的地方。

活性炭的用途很多。廣泛應用於幾乎所有的國民經濟部門和日常生活。粉末炭可用於液相脫色,脫臭精製,上下水淨化。粒狀炭應用於氣相吸附,溶劑回收,空氣淨化,香煙濾嘴,此外還可用於氯乙烯醋酸乙烯合成催化劑貴金屬催化劑載體

氣體淨化
  1. 空氣淨化
  2. 口罩
  3. 濾毒罐英語Cartridges and canisters of air-purifying respirators
  4. 化工品儲存排氣淨化
  5. 汽車尾氣淨化
  6. PTA氧化裝置淨化氣體
  7. 污水處理場排氣吸附
水處理
  1. 飲料水處理
  2. 電廠水預處理
  3. 廢水回收前處理
  4. 生物法污水處理
  5. 有毒廢水處理
工業製程
  1. 化學催化劑載體
  2. 黃金提取英語Carbon in pulp
  3. 石化無鹼脫硫醇
  4. 溶劑回收
  5. 製糖、酒類、味精醫藥、食品精製、脫色
  6. 乙烯脫鹽水填料
  7. 藥物中毒解毒劑英語Activated charcoal (medication)

參見[編輯]

外部連結[編輯]

  1. ^ [1]