活性炭過濾,以活性炭為濾料進行水處理的過程。活性炭是一種經(jīng)過氣化(碳化、活化)造成發(fā)達孔隙的,以炭作骨架結(jié)構(gòu)的黑色固體物質(zhì)。它的發(fā)達孔隙使其具有很大的比表面積,每克材料的表面積為500~1700㎡,從而具有良好的吸附特性。活性炭的真比重為1.9~2.1。
活性炭過濾器主要用于礦泉水,各種純水工藝,游泳池和其它工藝中水質(zhì)凈化作用。具有除臭,除異味,去除水中氯離子等有機物功能。外殼采用不銹鋼或碳鋼制,填料采用凈水活性炭。
活性炭過濾網(wǎng)采用通孔結(jié)構(gòu)的鋁蜂窩、塑料蜂窩、紙蜂窩為載體。與傳統(tǒng)活性炭過濾網(wǎng)相比,具有更優(yōu)良的氣體動力學(xué)性能,體積密度小,比表面積大、吸附,風阻系數(shù)小。蜂窩狀活性炭濾網(wǎng)是在聚氨酯泡棉上載附粉狀活性炭制成,其含碳量在35%-50%左右。具有活性炭的吸附性能,可用于空氣凈化,去除揮發(fā)性有機化合物、硫化氫、氯苯和空氣中的污染物??諝庾枇π。芎牡?,可在一定風量下除臭、除異味,凈化環(huán)境,具有很好的凈化效果。
活性炭是由木質(zhì)、煤質(zhì)和石油焦等含碳的原料經(jīng)熱解、活化加工制備而成,具有發(fā)達的孔隙結(jié)構(gòu)、較大的比表面積和豐富的表面化學(xué)基團,特異性吸附能力較強的炭材料的統(tǒng)稱。 通常為粉狀或粒狀具有很強吸附能力的多孔無定形炭。由固態(tài)碳質(zhì)物(如煤、木料、硬果殼、果核、樹脂等)在隔絕空氣條件下經(jīng)600~900℃高溫炭化,然后在400~900℃條件下用空氣、二氧化碳、水蒸氣或三者的混合氣體進行氧化活化后獲得。
炭化使碳以外的物質(zhì)揮發(fā),氧化活化可進一步去掉殘留的揮發(fā)物質(zhì),產(chǎn)生新的和擴大原有的孔隙,改善微孔結(jié)構(gòu),增加活性。低溫(400℃)活化的炭稱L-炭,高溫(900℃)活化的炭稱H-炭。H-炭在惰性氣氛中冷卻,否則會轉(zhuǎn)變?yōu)長-炭?;钚蕴康奈叫阅芘c氧化活化時氣體的化學(xué)性質(zhì)及其濃度、活化溫度、活化程度、活性炭中無機物組成及其含量等因素有關(guān),主要取決于活化氣體性質(zhì)及活化溫度。
活性炭中的灰分組成及其含量對炭的吸附活性有很大影響?;曳种饕蒏2O、Na2O、CaO、MgO、Fe2O3、Al2O3、P2O5、SO3、Cl-等組成,灰分含量與制取活性炭的原料有關(guān),而且,隨炭中揮發(fā)物的去除,炭中的灰分含量增大。
活性炭孔隙結(jié)構(gòu):
活性炭是由石墨微晶、單一平面網(wǎng)狀碳和無定形碳三部分組成,其中石墨微晶是構(gòu)成活性炭的主體部分?;钚蕴康奈⒕ЫY(jié)構(gòu)不同于石墨的微晶結(jié)構(gòu),其微晶結(jié)構(gòu)的層間距在0.34~0.35nm之間,間隙大。即使溫度高達2000 ℃以上也難以轉(zhuǎn)化為石墨,這種微晶結(jié)構(gòu)稱為非石墨微晶,絕大部分活性炭屬于非石墨結(jié)構(gòu)。石墨型結(jié)構(gòu)的微晶排列較有規(guī)則,可經(jīng)處理后轉(zhuǎn)化為石墨。非石墨狀微晶結(jié)構(gòu)使活性炭具有發(fā)達的孔隙結(jié)構(gòu),其孔隙結(jié)構(gòu)可由孔徑分布表征?;钚蕴康目讖椒植挤秶軐?,從小于1nm到數(shù)千nm。有學(xué)者提出將活性炭的孔徑分為三類:孔徑小于2nm為微孔,孔徑在2~50nm為中孔,孔徑大于50nm為大孔。
活性炭表面化學(xué)性質(zhì):
活性炭內(nèi)部具有晶體結(jié)構(gòu)和孔隙結(jié)構(gòu),活性炭表面也有一定的化學(xué)結(jié)構(gòu)?;钚蕴课叫阅懿粌H取決于活性炭的物理(孔隙)結(jié)構(gòu),而且還取決于活性炭表面的化學(xué)結(jié)構(gòu)。在活性炭制備過程中,炭化階段形成的芳香片的邊緣化學(xué)鍵斷裂形成具有未成對電子的邊緣碳原子。這些邊緣碳原子具有未飽和的化學(xué)鍵,能與諸如氧、氫、氮和硫等雜環(huán)原子反應(yīng)形成不同的表面基團,這些表面基團的存在毫無疑問地影響到活性炭的吸附性能。X 射線研究表明,這些雜環(huán)原子與碳原子結(jié)合在芳香片的邊緣,產(chǎn)生含氧、含氫和含氮表面化合物。當這些邊緣成為主要的吸附表面時,這些表面化合物就改變了活性炭的表面特征和表面性質(zhì)。活性炭表面基團分為酸性、堿性和中性 3 種。酸性表面官能團有羰基、羧基、內(nèi)酯基、羥基、醚、苯酚等,可促進活性炭對堿性物質(zhì)的吸附;堿性表面官能團主要有吡喃酮(環(huán)酮)及其物,可促進活性炭對酸性物質(zhì)的吸附。
磷酸等酸性活化劑制備的活性炭表面以酸性基團為主 ,對堿性物質(zhì)吸附較好;KOH、K2CO3等堿性活化劑制備的活性炭表面以堿性基團為主,適合于吸附酸性物質(zhì);而采用CO2、H2O等物理活化方法制備的活性炭表面官能團總體呈中性。