活性炭吸附法吸附法

活性炭是一种很细小的炭粒 有很大的表面积，而且炭粒中还有更细小的孔——毛细管。这种毛细管具有很强的吸附能力，由于炭粒的表面积很大，所以能与气体（杂质）充分接触。当这些气体（杂质）碰到毛细管被吸附，起净化作用。活性炭的表面积研究是非常重要的，活性炭的比表面积检测数据只有采用BET方法检测出来的结果才是真实可靠的，国内外比表面积测试统一采用多点BET法，国内外制定出来的比表面积测定标准都是以BET测试方法为基础的，请参看我国国家标准（GB/T 19587-2004）-气体吸附BET原理测定固态物质比表面积的方法。比表面积检测其实是比较耗费时间的工作，由于样品吸附能力的不同，有些样品的测试可能需要耗费一整天的时间，如果测试过程没有实现完全自动化，那测试人员就时刻都不能离开，并且要高度集中，观察仪表盘，操控旋钮，稍不留神就会导致测试过程的失败，这会浪费测试人员很多的宝贵时间。F-Sorb 2400比表面积测试仪是真正能够实现BET法检测功能的仪器（兼备直接对比法），更重要的F-Sorb 2400比表面积测试仪是迄今为止国内唯一完全自动化智能化的比表面积检测设备，其测试结果与国际一致性很高，稳定性也很好，同时减少人为误差，提高测试结果精确性。

回顾百年来世界活性炭应用的历史，不妨粗略划分为三个阶段：

(1)第一阶段，从20世纪初到约20世纪20年代为萌芽阶段:

(2)第二阶段，从约20世纪20年代中期为中期为成长阶段;

(3)第三阶段，从20世纪中期到20世纪末期为发展阶段，发展成为环保大应用阶段。

这三个阶段可用活性炭应用历程中两件历史性大事。作为划分的界限。

历史大事件

第一件大事使活性炭防毒面具，在20世纪20年代在第一次世界大战中的应用。可以次作为划分活性炭应用历史的第一阶段和第二阶段的界限。

活性炭在初期主要应用使粉炭在糖业中逐步代替了原来的骨炭。在20世纪20年代的第一次世界大战中出现的颗粒大量应用于防毒面具。这是工业化学史辉煌的一页。当时荷兰的Norit和捷克斯洛伐克、德国=法国=瑞士等国的制造商和批发商曾成立一个联合公司，说明在欧洲萌芽的活性炭也是广为看好的新兴产业。

中国活性炭在应用历史

我国活性炭在应用历史简分为三个阶段。

(1)第一阶段使20世纪40年代以前，我国制药工业、化学工业中使用活性炭量大，都用进口货，例如用Carboraffin牌的活性炭。

(2)第二阶段自20世纪50年代初开始，国产活性炭上市。1951年沈阳和抚顺的单管炉厂、青岛的反射炉闷烧法厂、上好的电热活化法厂，接着有氯化锌活化法厂，1958年福建、杭州、广州、烟台、东北等地纷纷建厂，1966年太原开创斯列普活化法厂，随后我国陆续开设数以百计的斯列普炉厂。此外，还有不少的转炉、粑式炉等工厂。总生产能力从1951年的三五十吨猛增到20世纪80年代的近十万吨。

(3)生产与应用相互促进，活性炭的应用范围被迅速开拓。从原来单一的通用炭向多种的专用炭发展，例如净水炭、糖炭、味精炭、油脂炭、黄金炭、载体炭、药用炭、针剂炭、试剂炭等等，足见活性炭因国内经济蒸蒸日上而应用量速增，又因产量扩大、成本降低而使出口量上升。我国活性炭的应用，不仅在国内市场发展，而且进入了国际市场。

吸附是指液体或气体附着集中于固体表面的作用，一般的活性碳都能发生这种作用。吸附与吸收不同，吸收是指让液体或气体进入固体的内部的原子结构中，但活性碳并不具备这样的能力，它的吸附作用只是一个表面现象，所以只发生于它的表面。

吸附作用的形成，主要来自伦敦分散力，这也是另一种凡得瓦力的表现形式。此种力普遍存在于不具有永久性偶极矩的分子之间，它是一种自然的吸引力。只要分子足够靠近，都会很自然产生这种作用力。凡是能利用此种力把物质吸住的作用，我们称为物理吸附。此种作用力与温度无关，因此不受温度之影响。

伦敦分散力必须在碳表面与被吸附分子之间达到作用的距离之后才会发生，该力的大小涉及被吸附分子中所有相关原子与活性碳表面碳原子密切接触的程度。如果接触的程度越高，则该力越大，同时活性碳对该分子的吸附能力也越强。

吸附是一种物质附着在另一种物质表面上的缓慢作用过程。吸附是一种界面现象活性炭吸附法，其与表面张力、表面能的变化有关。引起吸附的推动能力有两种，一种是溶剂水对疏水物质的排斥力，另一种是固体对溶质的 亲和吸引力。废水处理中的吸附，多数是这两种力综合作用的结果。活性炭的比表面积和孔隙结构直接影响其吸附能力，在选择活性炭时，应根据废水的水质通过试验确定。对印染废水宜选择过渡孔发达的炭种。此外，灰分也有影响，灰分愈小，吸附性能愈好；吸附质分子的大小与炭孔隙直径愈接近，愈容易被吸附；吸附质浓度对活性炭吸附量也有影响。在一定浓度范围内，吸附量是随吸附质浓度的增大而增加的。另外，水温和pH值也有影响。吸附量随水温的升高而减少，随pH值的降低而增大。故低水温、低pH值有利于活性炭的吸附。

①活性炭吸附剂的性质

活性炭的比表面积越大，吸附能力就越强； 活性炭是非极性分子，易于吸附非极性或极性很低的吸附质；活性炭吸附剂颗粒的大小，细孔的构造和分布情况以及表面化学性质等对吸附也有很大的影响。

②吸附质的性质

取决于其溶解度、表面自由能、极性、吸附质分子的大小和不饱和度、附质的浓度等

③废水PH值

活性炭一般在酸性溶液中比在碱性溶液中有较高的吸附率。

PH值会对吸附质在水中存在的状态及溶解度等产生影响，从而影响吸附效果。

④共存物质

共存多种吸附质时，活性炭对某种吸附质的吸附能力比只含该种吸附质时的吸附能力差

⑤温度

温度对活性炭的吸附影响较小

⑥接触时间

应保证活性炭与吸附质有一定的接触时间，使吸附接近平衡，充分利用吸附能力。

活性炭化学性

活性炭的吸附除了物理吸附，还有化学吸附。活性炭的吸附性既取决于孔隙结构，又取决于化学组成。

在油库，当油罐车装载汽油的时候，原来空油罐里的油气和空气与装载的液态产品挥发的油气相混合，这种混合气体被装载入油罐的产品所代替。随着液体注满空的油罐车，液体把空气和油气从油罐顶部挤出，通过一根油气软管进入集汽管道系统。油气通过集汽管道系统流入一个汽液分离器。该汽液分离器能从油气中分离出液态汽油，还能用泵抽回油罐。之后完全不带液体的油气流入油气回收系统。

进入油气回收系统之后，油气进入两个吸附塔中的一个。每个吸附塔都装满了特殊的活性炭。空气－油气混合气体中的碳氢化合物被吸到活性炭粒子表面，并在大气条件下停留在那里。混合气体中的空气成分不受活性炭的影响，通过活性炭之后进入大气，中间不再掺杂碳氢化合物。在吸附过程中，特殊的活性炭利用表面动能的动力吸引碳氢化合物， 油气回收装置使用的特殊活性炭，它有很大的表面吸收面积。这么大的表面面积使每公斤活性炭可吸附多达0.5公斤碳氢化合物。

当空气－碳氢化合物混合气体通过巨大的吸收表面之后，碳氢化合物被吸引到活性炭表面，并停留在这里直到出现更大的反向力。这种吸引的现象叫做“吸附”。

活性炭吸附法流程图

目前油气回收的多为木质球炭，粒径规格为 6-8目或者 20-40目，主要的生产企业有福建省鑫森炭业股份有限公司等。

活性炭吸附法脱氮是用活性炭作吸附剂吸附去除尾气中NOX的技术。活性炭能吸附NO2，还能促进NO氧化成NO2。特定品种的活性炭还可使NOX还原为N2。活性炭可定期用碱液再生。NOX尾气中氮含量大有利于吸附；水分的存在亦有利于吸附，湿度大于50%时，这种影响更为显著。活性炭吸附法可同时脱附尾气中的硫氧化物。在300℃以上活性炭有自燃的可能，给吸附和再生造成困难，限制了它的应用。