活性炭的应用

活性炭的应用 主编 郏其庚 副主编 罗启云 郑国炉 华东理工大学出版社 2002.3 1.​ 定义 定义是简明的定位和释义。活性炭虽尚无 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 定义，但从如下定义中可见一斑。 （1）​ 活性炭是经过活化处理的黑色多孔的固体物质。（《中国大百科全书》简明版） （2）​ 活性炭是具有发达的孔隙结构、有很大比表面积和吸附力的炭。（《化工百科全书》） （3）​ 活性炭是多孔而表面积很大的炭。（《辞海》） （4）​ 活性炭是一类多孔碳的的集合名词。（EIC） （5）​ 活性炭是一种具有异常大的内表面积和孔容积、以非晶型为主的固体。（ECT） （6）​ 活性炭是大比表面积、有吸附性能的、多孔性的、以炭素为主要构成元素的材料。（日，北川睦夫） （7）​ 活性炭是具有广大表面积、微孔结构、高吸附容量、高表面活性的独特的多用途的吸附剂。（Bansal，Active Carbon） （8）​ 活性炭是经加工发展内多孔性的维京非石墨形的碳。（Roy Active Carbon） （9）​ 活性炭是高表面积的多孔的碳质吸附剂。（Norit） （10）​ 活性炭是采用能发展内部孔隙结构而产生吸附能力的工艺制成的一类碳材料。（AWWA） （11）​ 活性炭是一种多孔性含碳物质。（捷克，Smisck） （12）​ 活性炭是多孔性碳质吸附剂。(苏联，凯里泽夫) （13）​ 活性炭是炭在炭化时、炭化前、炭化后经与气体或与化学品（如氯化锌）作用以增强吸附性能的多孔的炭。（国际纯粹化学和应用化学联合会，IUFAC） 以上多种定义中，有的涉及性质，有的涉及制造，有的涉及应用，唯有一点大都提到的是“多孔”。多孔就是活性炭的主要特征。 正因为多孔，所以有大内表面积。因为有大内表面积，所以有强吸附性。另外有催化性，所以有广泛的应用性。因此活性炭的应用性就基于多孔性。活性炭在国外有两个通用的名词。 （1）​ Activated Carbon，即经活化的炭，说明制法。 （2）​ Active Carbon，即有活性的炭，说明性能。 无论是火花，还是活性，活就活在多孔上。于是活性炭有一个顾名思义的从俗从简的定义：活性炭是一类经活化、有活性的炭。 2 碳材料的应用历史 叙述炭应用的历史，记载如下: （1）​ 公元前1550年，埃及有作为医用的记载； （2）​ 公元前460-359年，希腊医生Hippocrate用于治疗羊癫疯； （3）​ 1518-1592年，中国李时珍的本草纲目中提及用于治病； （4）​ 1993年有外用于溃疡； （5）​ 1794年，英国有家糖厂用于脱色。 上述例证应用的都是木炭，不是活性炭。活性炭作为人造材料，是在1900年和1901年才发明的，发明者是Raphael von Ostrejko，取得英国专利B.P.14224（1900）；英国专利B.P.18040(1900);德国专利Ger.P.136792(1901)。 他发明将金属氯化物炭化植物源原料或用二氧化碳或水蒸气与炭化材料反应制造活性炭。1911年在维也纳附近的工厂首次用于工业生产，当时产品是粉状活性炭，商品名是Epoint;同年在荷兰有Norit上市；1913年在捷克斯洛伐克有Carbonaffin。（Ger.P6t.290656）。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20世纪20年代为萌芽阶段； （2）​ 第二阶段，从约20世纪20年代到20世纪中期为成长阶段； （3）​ 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，作为划分的界线。 第一件大事是活性炭防毒面具，20世纪20年代在第一次世界大战中的应用。可以此作为划分活性炭应用历史的第一阶段和第二阶段的界线。活性炭在初期主要应用是粉炭在糖业中逐步替代了原来的骨炭。在20世纪20年代的第一次世界大战中出现的粒炭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业师广为看好的新兴产业。通过防毒面具应用的推动，活性炭历史进入了第二阶段，活性炭市场不断扩大，活性炭的吸附和催化功能在众多行业的精制、回收、合成上的应用陆续开发，英国等的活性炭厂也陆续开设。在20世纪中叶不断拓展应用面的活性炭，被视为“万能吸附剂”。 第二件大事是活性炭脱臭作用，在20世纪40年代数以百计的自来水厂中采用了活性炭脱臭。以此作为为划分活性炭应用历史的第二阶段与第三阶段的界线。1927 年美国芝加哥自来水厂发生了广大居民难以接受的自来水恶臭事故，这是由于原水中的苯酚和消毒用的氯生成异臭所致。德国等地的自来水厂也发生了同样的事故，这些事故都是用活性炭处理解决的。此后，随着环境保护日益受到重视，政府法令的日趋严格。活性炭不仅在净水方面，而且在净气等方面的用量剧增，使得在20 世纪的后半叶，环保产业成为活性炭应用的大户。由此活性炭历史进入了第三阶段，即发展阶段。 我国活性炭的应用历史可简分为三个阶段。 ( 1 )第一阶段是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不大，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、青岛的反射炉焖烧法厂、上海的电热活化法厂，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年太原开创斯列普炉活化法厂，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、耙式炉等工厂。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。 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，足见活性炭在我国覆盖的应用面之广。 ( 3 )第三阶段是20 世纪80 年代以后，随着改革开放，活性炭因国内经济蒸蒸日上而应用量递增，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，而且进人了国际市场。 3.活性炭的基本性质 3.1吸附性 吸附性质是活性炭的首要性质。活性炭具有像石墨晶粒却无规则地排列的微晶。在活化过程中微晶间产生了形状不同、大小不一的孔隙，假定活性炭的孔隙是圆筒孔形状，按一定方法计算孔隙的半径大小可分为二类。 ( l )按IUPAC 分： 微孔＜1.0nm ; 中孔（又称过渡孔）1~25 nm ; 大孔＞25 nm 。 ( 2 )按习惯分： 微孔＜150 nm ; 中孔150 ~20 000nm ; 大孔＞20 000 nm。 由于这些孔隙，特别是微孔提供了巨大的表面积。 微孔的孔隙容积一般约为0.25 ~0.9mL / g ，孔隙数量约为1020个/g ，全部微孔表面积约为500~1500 m2 / g ，通常以BET 法测算，也有称高达3 500~5000m2 / g 的。活性炭几乎外95％以上的表面积都在微孔中，因此除了有些大分子进不了外，微孔是决定活性炭吸附性能高低的重要因素。 中孔的孔隙容积一般约为0.02 ~1.0 mL / g ，表面积最高可达几百平方米，一般只有活性炭总表面积的5％。其作用能吸附蒸汽，并能为吸附物提供进人微孔的通道，又能直接吸附较大的分子。 大孔的孔隙容积一般约为0.2 ~ 0.5 mL / g ，表面积只约0.5 ~2m 2/ g ，其作用一是使吸附质分子快速深人活性炭内部较小的孔隙中去；二是作为催化载体时，催化剂常少量沉淀在微孔内，大都沉淀在大孔和中孔之中。 所提的活性炭农面积理应包括内表面积和外表面积，事实上吸附性质主要来自巨大的内表面积，因此不能误认为：把活性炭研碎磨细会明显提高表面积从而提高吸附力。 很多吸附是可逆的物理吸附，即被吸附物为液体，在一定温度和压力下被活性炭吸附，在高温低压下被吸附物又解吸出来，活性炭内表面恢复原状口这是广泛应用的物理吸附，学术上又称为范德华吸附。 3．2 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。 活性炭不仅含碳，而且含少量的化学结合、功能团形式的氧和氢，例如碳基、梭基、酚类、内酷类、酿类、醚类。这些表面上含有的氧化物或络合物，有些来自原料的衍生物，有些是在活化时、活化后由空气或水蒸气的作用而生成。有时还会生成表面硫化物和氯化物。在活化中原料所含矿物质集中到活性炭里成为灰分，灰分的主要成分是碱金属和碱土金属的盐类，如碳酸盐和磷酸盐等。 这些灰分含量可经水洗或酸洗的处理而降低。 活性炭中无机物成分，从表3 -1 四种粉炭商品的分析，可见一斑。 表3-l 粉状活性炭无机物成分分析 3 . 3 催化性 活性炭在许多吸附过程中伴有催化作用，表现出催化剂的活性。例如活性炭吸附二氧化硫经催化氧化变成三氧化硫。由于活性炭有特异的表面含氧化合物或络合物的存在，对多种反应具有催化剂的活性，例如使氯气和一氧化碳生成光气。由于活性炭和载持物之间会形成络合物，这种络合物催化剂使催化活性大增，例如载持钯盐的活性炭，即使没有铜盐的催化剂存在，烯烃的氧化反应也能催化进行，而且速度快、选择性高。由于活性炭具有发达的细孔结构、巨大的内表面积和很好的耐热性、耐酸性、耐碱性，可作为催化剂的载体。例如，有机化学中加氢、脱氢、环化、异构化等的反应中，活性炭是铂、把催化剂的优良载体。 3 . 4 机械性 下列几个项目表示活性炭的机械性，为活性炭的应用者，尤其为大量的工业应用者所重视。 ( l )粒度：采用一套标准筛筛分法，求出留在和通过每只筛子的活性炭重童，表示粒度分布。 ( 2 )表观密度或堆密度：包含孔隙容积和颗粒间空隙容积的单位体积活性炭的重量。 ( 3 )体积密度或颗粒密度：包含孔隙容积而不包含颗粒间空隙容积的单位体积活性炭的重量。 ( 4 )强度：即活性炭的耐破碎性。 ( 5 )耐磨性：即耐磨损或抗磨擦的性能。 这些机械性质直接影响应用，例如：密度影响容器大小；粉炭粗细影响过滤；粒炭粒度分布影响流体阻力和压降；破碎性影响使用寿命和废炭再生。 4.活性炭制造的主要工艺过程 4.1原料 几乎所有含碳材料都可用来生产活性炭，例如木材、锯屑、泥炭、稻草等含纤维素材料通常仅以化学品活化法处理。有使用稻草和玉米秆的中间试验，也有以豆腐渣为原料用碳酸钾的活化制成活性炭。 虽然通常在气体活化法中先要把原料炭化，但是Norit 用泥炭直接气体活化，而不经中间的炭化。经典的R.V.0strejko专利发展成了一个新专利：从不炭化的原料在含碳氢化合物、不含氧的燃烧物的气氛中加热到840~900℃ 直接制成活性炭。 很适用于气体活化法的原料是木炭、坚果壳炭、褐煤或泥炭制得的焦炭。木炭是将山毛榉、云杉或松树的木片在间歇或连续的千馏甑中炭化而成。法国的Ceca S.A.和德国的Degussa AG 都用此法。 从褐煤制成的焦炭为Bayor 、Dgussa 和Norit 所应用。炭化椰子壳为美国的Calgon 、法国的Ceca 和Pica。、德国的Degussa 、英国的Sutcliffe Speakman 和许多远东的生产者所广泛应用。 烟煤适用于气体活化。其中碳、氧和氢的含量很有影响。高碳的石墨和无烟煤很难活化。高氧和氢的烟煤会有粘着性和膨胀性的麻烦。对此，在气体活化前可采用过氧化处理：使用空气或含氧的气体在220~250，约经5h ，加些氮氧化物可缩短时间，使粘着性和膨胀性全部消除。 烟煤加些磷酸可更易活化，是Carborundum 开发的方法。有些高灰分的烟煤影响成品质量，而少量含钾化合物的灰分，会有催化效应。原料的灰分能以研磨和浮选而降低。用烟煤为原料活化的厂商有：Calgon ,Ceca,Suiuliffe Speskman 和德国的Bergwerkverband 。 褐煤是廉价、易活化的活性炭起始原料，其较高灰分和硫含量是有害的，因此，在焦化前要用油-水混合物处理，灰分进人水相，而煤留在油相，这样灰分可降低80％-90 ％。Norit 在美国应用美国ICI 的方法大量活化褐煤。 石油产品、沥青、焦油生产活性炭为近年人们所关注。美国Witco化学公司使用液体石油馏分和残渣作为制造粒状炭和成型炭的起始原料。锻烧石油焦炭实际上不能活化，新出炉的石油焦炭经过浓硝酸的预先氧化的预处理是能活化的。日本的Kureha Kakagu Kogyo 使用乳化的石油滴在低温炭化后活化来制造球形活性炭。石油渣和含硫酸或磺酸的酸性树脂焦炭能以水蒸气活化。 废料如飘尘、旧轮胎、污泥、家庭废物等都可作活性炭的原料，但因常伴有大量不能炭化的杂物，尚未达到重要的实用性。 4 . 2 活化 制造活性炭的关键工艺是活化。由于所用活化剂的不同，可分为两类方法： （1）用氯化锌或磷酸等化学品为活化剂的化学品活化法；（2）用水蒸气或二氧化碳等为活化剂的气体活化法。 前者称为化学活化法，后者称为物理活化法。其实两类活化过程都各自发生质的变化，都是化学变化的过程。 4 . 2 . 1 化学品活化法 （一）氯化锌活化法 以化学品氯化锌为活化剂。 将0.4 ~5.0份氯化锌浓溶液和1份泥炭或锯屑混合，在转炉中下燥，加热到600 ~700℃，成品以酸洗和水洗回收锌盐。有时化学品活化后继续进行水蒸气活化，藉以增加活性炭的细孔。氯化锌活化的活性炭具较多大孔。虽然这是有效和简单的方法，但因锌化合物的环境污染而渐衰。 （二）磷酸活化法 以化学品磷酸为活化剂。 炭化的或未炭化的含碳物作起始原料。例如将研细的锯屑和磷酸混成浆状，在转炉中干燥，加热到400~600 ℃ 。萃取回收磷酸，有时中和后回收磷酸盐。于燥得活性炭，一般较氯化锌法的活性炭具有更细的细孔。也可采用磷酸和水蒸气联合活化法。近年磷酸活化法趋向广泛应用，磷酸回收等革新未见发表。 （三）氢氧化钾活化法 以化学品氢氧化钾为活化剂。 将含碳原料以熔融的无水氢氧化钾处理，激烈的反应产生非常高的多孔性，比表而积可高达3000 m2/g 。 （四）其他化学品活化法 硫酸、硫化钾、氯化铝、氯化钱、硼酸盐、硼酸、氯化钙、氢氧化钙、氯气、氯化氢、铁盐、镍盐、硝酸、亚硝气、五氧化二磷、金属钾、高锰酸钾、金属钠、氧化钠和二氧化硫均可用于活化。 4 . 2 . 2 气体活化法 以水蒸气、二氧化碳或两者的混合气体为活化剂，将含碳物料和气体在转炉或者沸腾炉内，在800 ~1000℃ 高温下进行碳的氧化反应，制成细孔结构发达的活性炭。 水蒸气、二氧化碳和碳的反应是吸热反应，而氧和碳的反应是很强的放热反应，因此炉内反应温度难以控制，尤其要避免局部过热，防止不均匀活化更难，故氧或空气不宜作为活化剂。有时使用空气和水蒸气的混合气体，用碳的燃烧作为热源。多数情况下用烟道气和水蒸气的混合气体，由于不可避免地会混人少量氧气，造成水蒸气、二氧化碳和氧气三种气体同时参与活化。 值得注意：在混合气体中少量的氧会使活性炭具有很大的孔隙。氧与碳的作用速度百倍于二氧化碳，而且因钾盐存在而大增， 因此含钾的原料在含氧的气体中会剧烈反应．以致发生失控的燃烧而不是活化。 各种少量化合物，例如碱金属和碱土金属的盐类，几乎全部氯化物、硫酸盐、醋酸盐和碳酸盐，还有大多酸类和氢氧化物，在气体活化中具有催化加速作用。上业上常用的催化剂是氢氧化钾和碳酸钾，用量在0.1％到5％之间。以固态催化剂和含碳物料混合，或以溶液加人，或成型低温炭化。 如果烟煤中加碱金属盐类活化，那么不单用水蒸气活化，而要用含二氧化碳的混合气体活化。 4 . 3 活化炉 活化炉的型式很多。国外活性炭制造工厂采用的炉型主要有竖炉、转炉和流化床炉等。 ( 1 )竖炉：原由几个简单垂直的燃烧室构成，室壁砌以耐火砖。后来改进混料，又设法控制炉内气流的方向、速度和温度。该炉还可用来再生回收炭。为法国Ccca 、德国的Degussa、英国的Sutcliffe Speakman 等所采用。 ( 2 )转炉：是最通用的卧式活化炉，Norit 美国工厂采用，能控制活化速度的转炉。 ( 3 )流化床炉：又称沸腾床炉，是固体粒子被流体吹成悬浮状态，气固之问传热、传质速率快，但粒子磨损大，以前常以间歇法生产粉炭，现已发展成连续生产，并能制成耐磨的粒炭。 我国目前常用的活化炉主要有： ( l ）斯列普式炉：又称鞍式炉，因其活化带的耐火砖是马鞍型，原为法国专利，20 世纪50年代由苏联引进我国，在山西太原新华化工厂投产，后经北京光华木材厂的一系列改进，出现了小型、简化、投资不大、见效迅速的改进型斯列普式活化炉，为很多活性炭厂用以生产颗粒炭。 活化气体：水蒸气、烟道气交替活化。 主要优点：连续生产、产量大、质量高、过热蒸汽温度高、稳定、 不需外部供热。 主要问题：对原料要求高、造价高、技术要求高、维修费用大。 (2)焖烧炉： 活化气体：燃煤所产生的高温烟道气。 主要优点：简单、投资省。 主要问题：耗燃料多、活化不均匀、劳动强度大、粉尘大。 ( 3 ）土耙炉： 活化气体：水蒸气（空气）。 主要优点：最简易炉型。 主要问题：得率低、质量不高、原始作坊式、污染环境。 ( 4 ）多管炉： 活化气体：水蒸气。 主要优点：不需燃料、稳定、易控制、产量较大。 主要问题：活化不均匀、炭质量不高、过热蒸汽温度低、耐火管易损坏、投资较大。 ( 5 ）回转炉： 活化气体：烟道气、水蒸气。 主要优点：连续操作、活化较均匀、适合生产气相活性炭。主要问题：设备庞大、热效率差、耗燃料、成品质量较低。 ( 6 ）沸腾炉： 活化气体：空气、水蒸气。 主要优点：气固接触好、活化均匀、机械化占地面积小。主要问题：问歇生产、易结渣影响正常操作、耗燃料。 ( 7 ）多层耙式炉： 活化气体：烟道气、水蒸气。 主要优点：国外引进火型设备、活化强度大、适应多种产品、可自动化。 主要问题：投资大、技术要求高、操作费用较高。 此外，还有多管沸腾炉、外溢流式沸腾炉、旋流喷动活化炉、隧道窑活化炉、斜板式活化炉、百叶窗式活化炉、机械耙动活化炉等。 4 . 4 后处理 4 . 4 . 1 成型 （一）粒状或丸状活性炭 生产颗粒状活性炭的原料如木炭或椰壳炭原来就是颗粒状。 生产活性炭的原料如果是煤，要先粉碎，再用粘合剂压制成型，然后炭化，在活化前，碎成需要的大小。 需要高机械强度的活性炭时常将炭制成粒状。 有些情况，活性炭的强度不仅有赖于原料和粘合剂，而且有赖于活化程度和多孔性。高度活化的活性炭具有高度孔容隙，从而具有低密度和低强度。 粒状活性炭是从起始原料的细粉制成：先将细粉和粘合剂在加热的混浆机混成可流动的浆块，然后挤压成粗绳状，截面≥1 mm，干燥后，切成长度约相等于直径的粒状物．然后化学活化或在400~500 ℃炭化，然后气体活化而得粒状活性炭。 粘合剂可用煤焦油、木焦油、木素磺酸或酚类和醛类混合物或其缩合物。焦油中的酸性组分用纯碱中和，有利于气体活化。从粉状活性炭制造粒状活性炭缺少商业价值。而粒状炭不像粉状炭有粉尘，所以在工业中的应用较广。 （二）板状活性炭 是将粉状活性炭混合少量酸性白土、高岭土、铝粉、水玻璃等和粘结剂如梭甲基纤维素、聚乙烯乙酸醋等混匀压成板状，经干燥高温处理而成。 （三）纸状、布状活性炭 是用粉状活性炭和纸浆纤维、石棉纤维或塑料布、增强材料如玻璃丝与粘结剂混匀、压成纸状或布状或瓦楞纸状活性炭。也有将活性炭均匀撒在浸渍聚丙烯酸醋等高分子聚合物为粘结剂的纸层或布层上，然后再盖上另一层无纺布，热压而成活性炭防臭卫生纸。美国有纸厂供应用于去除臭味或放射性气体的活性炭纸。 （四）蜂窝状活性炭 是将圆柱形活性炭的两端截面使具有1000-2000的细孔，从而成为有较大的表面积的蜂窝状活性炭还有其他形状的活性炭。 还有其他形状的活性炭。 4 . 4 . 2 去杂 活化时加过催化剂如碳酸钾的活性炭常用作酸洗或用水洗的后处理，以减少钾、钠化合物等的含量。 低灰分活性炭可用水、盐酸或硝酸洗涤，去除一些杂质。用于精细化学品、药物、催化剂、催化剂载体的活性炭，需要特殊的充分洗涤。 用800℃ 水蒸气活化的活性炭，再在500-600 ℃ 、碱存在下进一步空气活化，可提高脱色力。 活性炭经亚硝气，尤其二氧化氮后氧化的最重要结果是新增表面氧化物的形成，比通常的再活化更优。 降低活性炭的硫含量可藉水蒸气和氢的作用。 降低活性炭的铁含量可趁热用氯气或氯化合物的气体或一氧化碳处理，将铁转变为挥发性化合物。 煤基活性炭含较多灰分，组成复杂，较难去除。实践中有时对原料煤作处理，但多数是对成品进行脱灰。《山西化工》 ( 1997.2.24 -27 ）有原理和实例介绍。 4 . 4 . 3 浸渍 活性炭的浸渍是针对特定用途的一种后处理。 ( l ）用于防护毒气的活性炭铜盐和铬盐浸渍。 ( 2 ）用于去氮的活性炭以锌盐浸溃。 ( 3 ）用于从含氧气体中去硫化氢、从废气中去汞蒸气的活性炭以碘化合物处理。 ( 4 ）用于提取核装置发生的放射性甲基碘和其他气体的活性炭也以碘化合物处理 ( 5 ）用于将硫化氢和甲醛氧化为无毒物的活性炭以二氧化锰浸溃。高温下甲醛不氧化到甲酸，而直接生成二氧化碳。 ( 6）用于从低氧的气体混合物中除去二价硫化合物的活性炭以铁盐浸渍，再加热转变为三价的氧化铁。 ( 7 ）用于从天然气、氢气和其他气体中消除汞蒸气的活性炭以元素硫处理。 ( 8 ）用于饮用水净化的活性炭以银盐浸渍。 ( 9 ）用于各种目的的催化剂的活性炭以贵金属化合物浸渍。例如涂把的活性炭是典型的氢化催化剂。 ( 10 ）用于矿物油中硫醇的氧化的活性炭以酞荐钻浸渍。 5.活性炭的主要评价指标（规格） 活性炭粗看只是一种经活化的炭，细分则是型号数以百计的有活性的炭。 活性炭的质量随生产原料、生产方法和后处理等的不同而异。质量也随应用的不同而异。一般各种用途的活性炭制订相应的质量规格和检验方法。 中外各种用途活性炭质量规格的项目汇总起来有： ( l ）物理项目：形状、外观；目数、粒度、粒度分布；表观密度、装填密度；耐磨强度；硬度；比表面积；孔容积；漂浮率；强度；热容量；导热率。 ( 2 ）化学项目：pH 值；灰分；水分、于燥减重；着火点；未炭化物、灼烧残渣；硫化物；氯化物；氰化物；硫酸盐；酸溶物、硝酸可溶物；醇溶物；铁含量；铜含量；锌含量；钾含量；钙镁含量；重金属含量．水提取物；锅含量；砷含量；总氮；磷酸盐；锰；荧光物质；多环芳香化合物；焦油产物。（ 植物性原料） ( 3 ）微生物项目：微生物限度。 ( 4 ）吸附项目：亚甲蓝吸附值；碘吸附值；苯酚吸附值；四氯化碳吸附率；焦糖脱色率；脱色指数；硫酸奎宁吸附值；糖蜜值；饱和硫容量；穿透硫容量；苯蒸气防护时间、苯活动性；氯乙烷蒸气防护时间；水容量；丁烷工作容量；ABS 值；甲苯平衡活性。 活性炭商品常以用途表示质量，例如：糖用、味精用、药用、针剂用、试剂用、黄金用、净水用、载体用等等。有的商品列出规格项目，有的不列出，有的这个用途和那个用途所列的项目相同，可能有的关键项目属于内控，不予标示。 活性炭在应用中有时会发生合格而不合用或不合格而合用的问题。对策在于：活性炭的质量项目，尤其是专用炭，要讲求适用性项目，同时也要强调可行性的用法。国外号称有40 种或150 种以上型号的活性炭公司，就用不同质量迎合不同需求，多质量便拥有了多型号——品种繁多的代码型号。例如椰炭有多种质量和相应的型号：一类供去除低浓度有机物的水处理应用，一类供一般液相或气相应用，一类供提取黄金应用；每类再细分，使椰炭具有十多种型号．又如从废炭再活化的再生炭，其质量是突出高密度、高表面积、耐用性、反复再生性，约有十个型号。可见从质量变出多品种，大有可为。 6.活性炭的分类 6 . 1 按形状分 ( 1 ）粉状活性炭：外观尺寸小于0．18 rnm 的粒子（约80 目）占多数的活性炭。 ( 2 ）颗粒活性炭：外观尺寸大于0．18mm 的粒子（约80 目）占多数的活性炭。不定型颗粒活性炭以卜下限尺寸表示粒度范围，用乘上100的数字标出，例如上限×下限，35×59，表示粒度范围为0.35-0.59 mm。 ( 3 ）圆柱形活性炭：以圆柱形的颗粒的横截面的直径表示，用乘上10 的数字标出。例如圆柱体直径30 ，表示圆柱体横截面的直径为3mm 。 ( 4 ）球形活性炭：以球形颗粒的直径表示，用乘上10 的数字标出。例如球形直径为20 ，表示球体直径为2 mm 。 还有其他异形活性炭。 此外，活性炭纤维是指纤维直径8-10μm的活性炭．以粘胶丝、聚丙烯纤维等为原料，用气体活化制成，比一般活性炭有较大的吸附量、吸附速度和脱吸速度，并有可挠性，能加工成各种形状的织物。 6 . 2 按原料分 ( l ）木质活性炭：以木屑、木炭等制成的活性炭。 ( 2 ）果壳（果核）活性炭：以椰子壳、核桃壳、杏核等制成的活性炭。 ( 3 ）煤质活性炭：以褐煤、泥煤、烟煤、无烟煤等制成的活性炭。 ( 4 ）石油类活性炭：例如以沥青等为原料制成沥青基球状活性炭。 ( 5 ）再生炭：以用过的废炭为原料，进行再活化处理的再生炭( Reactivated Carbon ) ，与原活性炭（Virgin Active Carbon ）相区分。在国外是一类大量的重要商品。 ( 6 ）含碳的有机废料和农业副产品，例如稻壳、稻草、棉子壳、咖啡豆梗、油棕壳、糠醛渣、甘蔗渣、纸浆废液、合成树脂等等都可化无用为有用制成活性炭。 6 . 3 按制法分 ( 1 ）化学品法活化的活性炭：例如以氯化锌作活化剂，原料和氯化锌溶液混合后，在隔绝空气下加热到约700 ℃ ，生成活性炭。 （2）物理法活化的活性炭：例如先将原料炭化后，以水蒸气作活化剂，反应温度约1000 ℃ ，生成活性炭。 ( 3 ）浸渍处理（Impregnated ）的活性炭：例如将活性炭和碘、银、钙等无机浸渍剂或吡啶、酮、叔胺等有机浸渍剂浸过的专用活性炭。 ( 4 ）涂布处理（Coated）的活性炭：例如将活性炭涂以生物相容性的聚合物，使其具有光滑性、渗透性的薄层，但不堵塞活性炭的孔隙，例如过滤血液用的活性炭。 6 . 4 按孔容分 ( l ）大孔型活性炭：所含大孔、中孔、微孔 中，以大孔体积较大的活性炭。 ( 2 ）细孔型活性炭：所含大孔、中孔、微孔 中，以微孔 体积较大的活性炭。 6 . 5 按用途分 不同应用儿乎都有相应的品种，不胜枚举。目前中外已有质量标准的部分应用有： （ 1 ）净水用；( 2 ）糖液脱色用；( 3 ）味精精制用；( 4 ）防毒面具用；( 5 ）气相色谱用；( 6 ）分析用；( 7 ）测试土壤用；( 8 ）测试AOX 用；( 9 ）改正酒味酒香用；( 10 ）去放射性碘用；( 11 ）药典级；( 12 ）食品添加剂级；( 13 ）化学试剂级。 7.活性炭的应用 活性炭应用面甚广，具体项目繁多，分类方法也不一，内容有同有异，有详有简，择数例介绍如下，从中大体可见活性炭应用的概貌。 7 . 1 分类之一 分为两大类（ECT 4th ): ( l ）液相应用：饮用水处理；地下水改善；工业和城市废水处理；甜味剂脱色；化学加工；食品、饮料和厨房用油；药品；采矿；家庭饮用水过滤、干洗剂回收、电镀、制农药香料催化剂载体等。 ( 2 ）气相应用：溶剂回收；汽油逸散控制；放射性核素吸附；化学反应控制；空气污染防护；气流成分分离；气体贮藏,催化作用。 7 . 2 分类之二 分为三大类（《 活性炭基础和应用》 日· 炭素材料学会编，高尚愚、陈维译）: ( l ）作为气相吸附剂的应用：除去有害气体；空气净化．溶剂回收；排烟脱硫；原子能。 ( 2 ）作为液相吸附剂的应用：精制糖工业；谷氨酸钠工业；上 水；下水的高级处理；染色废水；石油精制、石油化学排水。 ( 3 ）作为催化剂的应用：活性炭本身作为催化剂、活性炭作为催化剂载体。 7. 3 分类之三 分为四大类：(《林产化工通讯》 1999 年第33 卷第4 期古可隆文）: ( 1 ）气（汽）相吸附：毒气和有害气体的防护；溶剂回收；气体净化、精制和分离；高能量密度物质的贮存；核污染的消除；水果和食品保鲜；香烟过滤嘴；气体扩散泵。 ( 2 ）液相吸附：食品工业的液相脱色精制．制药工业的液相精制；化学工业和其他上业的液相精制。 ( 3 ）环境保护：卜水、工业用水、生活污水、工业废水的处理；生活环境的空气净化；烟气脱硫；汽车污染。 ( 4 ）催化和其他：作催化剂或催化剂载体；制电池和电能贮存；作为药品．改良土壤、缓释农药肥料；分析土的应用。 7 . 4 分类之四 分为六大类：( Norit ) : ( l ）食品类：酒精；含酒精饮料；啤酒；咖啡因和脱咖啡因；果汁；葡萄糖；水解植物蛋白；转化糖；高果糖玉米糖浆；乳糖．味精；食糖；植物油和脂肪；酒；酵母抽提物。 ( 2 ）药品类：抗菌素；维生素；药用产品；注射液；药用炭。（幻水净化：饮用水；离子更换树脂处理；游泳池；去氯；冷凝器中去油；生产用水；废水。 ( 4 ）化学品：干洗溶剂；染料中间体；电镀；甘油；去汞；有机酸；磷酸；照相材料；增塑剂（邻苯二甲酸盐）．三聚磷酸钠；合成纤维（丙烯酸胺、己内酞胺、锦纶盐）。 ( 5 ）气体／空气处理：空调；香烟过滤嘴；冷藏；蒸发损失控制装置；排气和气体净化；工业用防毒面具；军事用防毒面具；厨房排气罩；下水道空气处理；溶剂回收；二嗯英和汞；脱硫。 ( 6 ）特种应用：蓄电池；催化剂；燃料电池；金属回收（金、银）; 军用服；核电站。 7. 5 分类之五 分为七大类：（《 活性炭及其工业应用》 德· 凯利· 巴德著、魏同成译）: ( 1 ）空气与气体的净化：溶剂回收；汽车排出的汽油蒸气的吸附．从送风与排风中吸附有毒和恶臭物质；气体脱硫；清除放射性气体和蒸气；防毒保护；压缩空气和碳酸气的净化。 ( 2 ）气体分离：氢和甲烷的分离；氧和氮的分离，空气中分离二氧化碳。 ( 3 ）液体和溶液的脱色与净化：糖浆的脱色；食用油和脂肪的净化；化学品的净化与脱色；葡萄酒、啤酒和果汁的净化；酒精和酒精饮料的净化；化学清洗；电镀液的净化。 ( 4 ）水处理：饮用水的处理；废水的净化；游泳池水的处理；冷凝液的净化除油；各种水净化过滤。 （ 5 ）作为催化剂和催化剂载体：二氧化硫的氧化；二价铁的氧化；清除胁；硫化氢的氧化；光气的合成；氯化硫酞的合成；脱氯反应；醋的水解；异构化和环化；氧的去极化作用；过氧化氢的分解．臭氧的分解；作为把等催化剂的载体。 ( 6 ）在医学上的应用：治疗胃肠道疾病所用的药用炭；血液过滤；血液渗析。 ( 7 ）其他应用：金属的精选；香烟与烟斗的过滤器；轮胎的生产；高真空技术；温度控制；银浸渍活性炭。 7 . 6 分类之六 有鉴于活性炭应用日益发展，其中医学治疗领域的应用不断丰富，环保领域的应用更众所关注，用量激增。本书按应用对象的领域分为三大类，每大类各分为三小类： ( 1 ）用于产品制造：分离；合成；含炭制品。 ( 2 ）用于医学治疗：外敷；内服；血液净化。 （ 3 ）用于环境保护：净化空气；净化水质；改良土壤。 说明： ① 分离（Separation），包括精制和收集。精制（Purification）是用活性炭除去不要的成分以提高产品价值的一类分离；收集包括回收（Recovery ）、捕集（Collection）和分级分离（fractionation ) ，都是用活性炭从多组分中取得一种或多种所要的组分的一类分离。 ② 合成主要是指活性炭参与的催化合成。 ③ 含炭制品是活性炭用于产品制造的一类，专门列出含炭制品这一类，是因为用活性炭分离或合成所得的最终产品中，活性炭被排除，产品中不存在活性炭；而含炭制品则不同，活性炭作为有用的组分或配件存在于最终产品之中。 8.有关活性炭的基本问题 将应用中常常涉及的共同性、知识性或理论性的问题，择题作答如下： 8 . 1 选用粉状活性炭还是粒状活性炭？ 答：要根据具体工艺目的结合两种活性炭的各自优点而选用。粉状活性炭通常在液相应用，加人液体后经搅拌混合、过滤或沉降，而得所要的液体。以粉状活性炭处理的优点是：适用于间歇工艺；易控制加人量；可利用现成过滤设备；投入装备费用少；价格较低。 粒状活性炭可用于液相，也可用于气相。一般将要处理的液体或气体连续通过活性炭柱。以粒状活性炭处理的特点是：适用于连续工艺与自动控制（要考虑液体预过滤，以免增加压力）；较少活性炭耗量，使用的炭／液比高；较易清洁操作；因价较高大量使用时应予再生，且较易再生；使用设计要讲求床高与柱径比，例如一般2 ：1 到5： 1 ；床容积要有50％自由空间，留作回洗膨胀之用；价格较高。 8 . 2 影响粉状活性炭应用的主要性质是什么？ 答：应用粉状活性炭，尤其大量应用，最影响效果和成本的活性炭主要性质是：吸附量；可滤性或沉降性；堆积密度；粉末大小、水分、灰分、pH 值和可溶物。 a ．吸附量 活性炭吸附量的大小关系着活性炭用量的多少，即每千克的活性炭能处理若干升的流体，从而决定用炭的成本和设备的大小。 b ．可滤性 可滤性是指液体在最小压力下通过一定截面和滤饼深度取得最大澄明滤液的快慢程度。可滤性有赖于原料粒子形状、研磨粒子大小和大小的分布。可滤性差导致过滤周期短，增加炭处理的费用。以沉降法去除粉炭时，悬浮中吸附时间要足够地长，而沉降时间要充分地快，使倾析或溢流的清液不含炭粉。这个性质不仅有赖于原料、微粒大小和大小分布，而且还有赖于微粒密度（孔容积的函数）和可湿性（孔大小分布的函数）。 c.堆积密度 堆积密度是指100mL 量筒中堆装活性炭的质量。 当滤去粉炭时，其中有多少千克的活性炭和多少保留在滤饼中的处理液体，都为炭的堆积密度所决定。当两种不同堆积密度的活性炭分别处理液体，每升液体各用同样重量，结果，用较高堆积密度的活性炭的滤液较多，处理滤饼停车时间费用较少。 当处理贵价液体时，用高堆积密度的活性炭可降低滤饼里的液体保留量。有的保留在炭的微粒之间，可用水蒸气、空气、水或其他合适液体置换回收。但是大量液体保留在炭的孔隙结构里，不能以置换回收。 当以沉降法去除粉状活性炭时，较高堆积密度的活性炭提供较快的沉降率，较少的渣脚，需要搬运或脱水的处理也就较简便了。 8. 3 影响粒状活性炭应用的主要性质是什么？ 答：应用粒状活性炭，尤其大量应用，最影响效果和成本的活性炭主要性质是：吸附量；压降或床层膨胀；抗磨性；大小、水分、灰分、pH 值和可溶物。 应用较为大量的粒状活性炭都装在柱型设备中，就要讲究压降（压头损失）或床层膨胀，是设计炭柱的必要因素。压降由微粒大小和大小分布所决定。床层膨胀由微粒大小、形状和大小分布以及微粒密度所决定。由于市场上供应的各种粒状活性炭在液流向上和向下的压降以及床层膨胀性质大有不同，这些信息可向生 产厂商取得．或自行测试。 大量使用粒状活性炭时，常加水以泵输送和以运输带脱水，因此要重视活性炭的损失量，讲求活性炭的抗磨性。美国国家标准局有搅拌的测试方法，定出磨损数值，即以测试前的活性炭粒子平均大小、经一定的搅拌后其大小的降低百分比数来表示抗磨性，百分数少于25 的粒状活性炭可适合应用。 8. 4 活性炭的比表面积越大，吸附力一定越大吗？ 答：一般来说活性炭的比表面积（BET ）越大，吸附力也越大；但是有时却不一定。 BET 是用氮气或丁烷的吸附方法测出活性炭总表面积的一种广用的参数。按理BET 越大，吸附力就越大。 可是在实际应用中这概念有局限性，因为活性炭的孔有大孔、中孔和微孔的区别，有时仅有部分的孔适合于某类大小吸附物的进人，因此总表面积和孔容积数据（例如总表面积通常约为450-1 80Om2 / g 、孔容积约为0.7-1.8 ml/g ）不能用来评价这个吸附的活性炭的有效性。总表面积的大部分属于微孔，典型的数据是：微孔占1000m2／g ，中孔占10-100m2 / g ，大孔占lm2／g 。 在液相应用中，通常有机物的吸附随分子量（分子大小）的提高而提高。直到分子大到不能进孔为止。很多高分子量的有机物，如有色物或腐殖质被排除在微孔之外，这时，需要应用中孔多的活性炭，而高总表面积的微孔炭是无能为力。最理想的活性炭是具有大量恰好稍大于吸附物分子的孔。孔太小，吸附物进不了；孔太大，使单位体积的表面积减少。最好碰到分子量在300 到100 000之间的分子，相当于孔径在0.5 到4nm 之间，较深色素常是较大的分子。 在气相应用中，小分子被吸附进人微孔。这时总表面积的概念是合用的。例如空气中溶剂的回收或汽车里汽油逸散的防止。 至于活性炭对金属络合物的吸附，涉及化学键的形成，也不是BET 越大越好。例如从溶液吸附氰化金，水蒸气活化法的活性炭对氰化金有高亲和力，而化学品活化法的活性炭即使多孔实际上也无亲和力。 8 . 5 活性炭在液相中有哪些除杂作用？ 答：活性炭在液相工艺中应用大都涉及去除杂质一类的精制或净化，其土要作用有： 脱色、去除着色及其前体等杂质．脱臭、去除呈臭及其前体等杂质；脱异味杂质；脱硫类杂质；去除胶体类杂质；去除油类杂质；去除起泡类杂质；去除致浑浊杂质；去除热源杂质；去除腐殖质类杂质；去除藻类杂质；去除放射性类杂质；去除溶液中妨碍过滤、萃取、结晶和纯度的杂质；去除饮水中三氯甲烷、氯等杂质；去除废水中有害的杂质。 8 . 6 活性炭的扎结构与应用的关系怎样？ 答：活性炭常常应用于吸附分子．吸附性决定应用性，而吸附性和各种炭型的孔大小分布相关。以水蒸气活化的泥煤基、褐煤基和椰壳基粉状活性炭为例： 泥煤基活性炭具有微孔和中孔，可供多种应用； 褐煤基炭具中孔较多，不仅有直径l-4nm范围的孔，而且还有较大的中孔，提供优良的可入性； 椰壳基炭中主要是微孔，仅适用于低分子的去除。如存有较大分子，易于阻塞微孔的进人日、严重降低实用性能； 化学品活化的活性炭是非常多孔的，多在微孔和中孔范围，但是，比较水蒸气活化的活性炭、化学品活化的活性炭的孔表面是较少疏水性和较多负电荷。其结果高活性的泥煤基炭和高孔容积的化学品活化炭具有相似性能。 再以挤压型和破碎型粒状活性炭为例： ( l ）泥煤基挤压型活性炭能制成各种不同孔大小分布的品种。微孔为主的品种主要用于气相应用的黄金回收。既有微孔又有中孔的品种大都用于液相应用，如水纯化中吸附小分子和大分子的杂质。 ( 2 ）破碎型煤基炭兼有微孔和中孔。如破碎型泥煤基炭能有各种不同孔大小分布的品种，可供多种目的的应用。 （ 3 ）褐煤基或椰壳基的粒状活性炭与粉状炭一样具有相同的微孔和中孔结构。 8 . 7 影响吸附有哪些因素？ 答：影响吸附的因素有三方面： a ．活性炭方面 理想的活性炭要具有在多孔中能容纳最大重量的吸附质的内表面和大孔容。 一般活性炭的总表面范围为450-1 800m2/ g ，孔容为0.7-1.8 mL / g 。但是仅有适当大小的孔里的部分表面和孔容对吸附是有效的。因此，总表面和孔容的数据不能用来评估活性炭的可能有效性。 微孔多的活性炭倾向于吸附小分子，大孔多的活性炭倾向于吸附较大的分子。 活性炭粒子大小会极大地影响吸附速率，例如，用同一种活性炭从溶液中吸附同量亚甲蓝的时间，因其粒子大小而大有快慢之异，50-75μm 的活性炭远比1-2 mm 的为快。活性炭的吸附速率与其大小的平方成正比，例如，粒度325 目（直径0.043mm ）的活性炭吸附率比粒度20 目(直径0.833 mm ）的活性炭吸附效果要快375 倍（即等子（0 . 533 / 0 . 043 ) 2 ) ，即活性炭细的要比粗的好。 不能认为研细的活性炭就比同量的粒状活性炭具有很大的表面积。非多孔的直径约20μm的沙子的表面积仅。．5 m2/ g ，而粉状活性炭或粒状活性炭的表面积均为的500～1 500m2／g 。因其表面积存在于广大的丰富的内孔结构之中。因此研磨对表面积而言，可略去不计，但对达到平衡吸附值的时间是有些影响的。 活性炭孔的形状不是想象那样的圆形，是有锥形、墨水瓶形、狭缝形或其扭曲形等，形状会影响吸附。 活性炭中的化学组分，如氧、氮、硫等和灰分中的微量金属都会影响吸附。 b ．吸附质方面 一般有机物的吸附随着分子量的增加而增加，直至分子太大进不了炭孔。吸附随溶解度降低而增加，大于三个碳原子的分子一般都被吸附，除非它极易溶解。非极性有机物较极性有机物更易从水溶液中被吸附。有其他有机物混存时会影响吸附。分子大小相近的芳香族有机物比脂肪酸易吸附。立体异构体对链烃、反式的比顺式的可吸附性大。对芳基带支链的相反。旋光性基本不影响吸附。 易液化或高沸点的气体较易吸附。 混合气体中，纯净状态下易被吸附的气体优先被吸附。一般无机物不易被吸附，但钥酸盐、氯化金、氯化高汞、银盐和碘例外。 c ．条件方面 温度影响扩散速率和吸附平衡，扩散速率与勃率等有关，提高温度会提高扩散速率．从而达到平衡加快，但是最终的吸附量也较低。实践上，为了达到平衡快些，可在较高温度下操作，增加分子运动，显然使有机物更易进人炭孔；可是当时间相对地不重要时，可在较低温度下操作，以取得较多的吸附量。 压力增高，气体的吸附量增大，尤其常压下吸附性较小的气体，这是变压吸附的基础。 气体速度低些，传质层短些；但是吸附慢些，装置要大些。线性气体速度以5-40cm／S 为宜。 气流温度通常推荐低于70%。活性炭虽非脱水干燥剂，但在高温度气体中能吸附相当数量的水分。活性炭中的水分会使气流中要去除的成分扩散先通过水分，然后到达炭表面。通过水分的扩散比通过气相为慢，结果加长了传质层。 pH 值会影响溶液中有色物的吸附。许多有色化合物在不同pH 值下会改变结构和色泽，在不同的pH 值下用同样的活性炭处 理同样的溶液，一般在较低pH 值下有较仕的吸附。因为在低PH 值下有色化合物本身呈色浅些．又因为在低pH 值下吸附效率较高些。不同溶质的吸附有不同的最佳pH 值，低pH 值有利于有机酸的吸附，高pH 值有利于有机碱的吸附。 由于活性炭制造时活化条件的不同而pH 有异，水蒸气活化的活性炭呈碱性．化学品活化的活性炭则呈酸性。为了配合应用，活性炭的pH 值可在制造时调整。 8 . 8 怎样评价活性炭的吸附能力？ 答:吸附分液相吸附和气相吸附两类，液相吸附能力常以吸附等温线进行评价，气相吸附能力以溶剂蒸气吸附量评价。 吸附等温线表示一定温度下吸附系统中被吸附物质的分压或浓度与吸附量之间的关系，即当保持温度不变，可测得平衡吸附量和分压或浓度间的变化关系。以剩余浓度为横轴，以活性炭单位质量的吸附量为纵轴可绘出关系曲线。 同样，当保持分压或浓度不变，可测得平衡吸附量和温度间的变化关系，绘出关系曲线，即吸附等压线。 当保持平衡吸附量不变，可测得分压或浓度间的变化关系，绘出关系曲线，即吸附等量线。 由于在工业装置中少量成分吸附大致在等温状态下进行，所以吸附等温线最为重要和常用。 例如碘吸附值的测定有采用饱和吸附量法(GB7702.7-87GB/T12496.8-1999 ) ，也有常用的吸附等温线法（GB7702.77-1997）。该法将颗粒活性炭试样磨细到有90 ％以上能通过0 . 071 mm 筛孔的程度，称取干燥的定量试样与碘液充分振荡吸附后，用滴定法测定溶液残留碘量，求出每克试样吸附碘的毫克数。测定三个等温吸附点，绘制吸附等温线，取剩余碘浓c=0,02mol／L下每克试样吸附的碘量。 溶剂蒸气吸附量表示气相吸附性能，可用颗粒活性炭的四氯化碳吸附率的测定为例（GB/T7702.13-1997 ) ，在规定的试验条 件下．即规定的炭层高度、气流比速、吸附温度、测定管截面积、四氯化碳蒸气浓度的条件下，持含有一定四氯化碳蒸气浓度的混合空气流不断地通过活性炭，当达到吸附饱和时，活性炭试样所吸附的四氯化碳的质量与试样质量之百分比作为四氯化碳的吸附率。 活性炭应用中对于吸附能力，要重视商品活性炭所列有关的相应的指标，例如亚甲蓝吸附值、碘吸附值、焦糖脱色率、硫酸奎宁吸附值、苯酚吸附值或四氯化碳吸附率。也要参考文献中吸附量的数据，最好用实际拟用的活性炭、操作的条件、具体的处理物进行评价测试。 有个简便的测试方法可参考： 第一步：活性炭接触时间的测定。 首先测定吸附速率，为了找出达到最大效率的接触时间，取1L 样品溶液，放入2L烧杯中。加热至工艺过程的温度，搅拌下加人10g活性炭，在5 , 10 , 20 , 40 和80 min 后各取烧杯里的浆、液分别滤去活性炭。测定滤液的颜色或所含的杂质。以时间为横轴，以去除颜色百分比为纵轴，绘制吸附速率曲线。从曲线上可见炭与样品溶液接触时间多长达到最高的吸附效率。通常不到30 min 。 第二步：各种活性炭吸附性能的比较。 炭的接触时间确定后，第二步就要研究溶液中不同量的炭投料的吸附性能。 称取一系列的比较用的各种活性炭，各投入250 mL 烧杯中（一般称取0．125 , 0.25 ，0．5 . 1.0 和2.0g ）。 各加入要处理的液体100mL．在工艺过程的温度下，不断搅拌维持前测得的接触时间。 同样处理不加炭的对照用空白溶液。 真空滤去活性炭。 空白溶液也同样滤去任何杂质。 以目测或分析来测定每个滤液所含的杂质，即纯度。 以活性炭投量％为横轴，以所含杂质％为纵轴，绘制得吸附等温曲线。每一种活性炭各有一条吸附等温线。 第三步：最经济的活性炭的选定。 在纵轴上选定可接受的所含杂质的浓度，即纯度。 划一横线与每一曲线相交，决定每一活性炭投料量。从每一活性炭价格X每一投料量的乘积大小选出一种最经济的活性炭。 但大量使用时，还须涉及贮运、过滤和调节pH 值等费用的大小。活性炭的吸附量，即单位活性炭所吸附的吸附质的量。工业上也有称为活性炭的活性，活性有两种表示方法： (1）静活性——即通常所指的吸附剂达到平衡的吸附量。 (2）动活性——是指流体混合物通过活性炭床层，其中吸附质被吸附，经一些时间的运作，活性炭床层流出的流体中开始出现含有一定的吸附质，说明活性炭床层失去吸附能力，此时活性炭上已吸附的吸附质的量，就称为活性炭的动活性。是设计大量的、经常的、重要的吸附系统所需的数据。 用液相等温线法测定活性炭吸附能力的标准实用方法，可用于测定原始的和再活化的粒状和粉状活性炭的吸附能力，例如：测定染料厂废水的脱色；饮用水的脱臭或脱味；或两者同时进行；水中各种毒素的脱除；水中表面活性剂的脱除；生活污水中BOD 的脱除；工业废水中TOC 的脱除。（可参考ASTMD3860-89a ，译文见中国林业科学研究院林产化学工业研究所钱慧娟编《国外活性炭》p165-168,1996 .) 8 . 9 怎样选择活性炭催化剂？ 答：无论以活性炭本身作催化剂或以活性炭作为载体的催化剂不应只满足于能起催化反应而已，还要通过分析测试进一步了解： 催化反应的转化率口即在一定条件下，用单位催化剂在单位时间内所生产目的产物的数量。 催化反应中的选择性。指催化剂上发生的两个以上相互竞争反应的相对速度，即日的产物的量和转化了的反应物的量之比。如果选择性越小，带来产物分离、提纯和副产物处理和环境污染等问题越大。 催化剂使用寿命。按理催化剂在反应中不被消耗，事实上通过多次使用，催化活性会降低，不仅降低转化率，而且影响选择性．必须更换催化剂。 8. 10 CODCr和BOD5 的含义怎样？ 答：活性炭厂用于环境保护，在水处理中常见以CODCr，或BOD5表示水体污染程度，反映水体中有机物所消耗的氧量。 CODCr的含义:COD ( chemical oxygen demand ）为化学需氧量，是指水体中易被强氧化剂氧化的还原性物质所消耗的氧化剂的量。通常作为衡量水体中有机物相对含量的标准，折算成氧的量(mg / L）。测定COD 所用的氧化剂有重铬酸钾或高锰酸钾等，我国1989 年颁布的环境水质标准中，规定用重铬酸钾，因此在COD 下端注上C r（铬）。CODCr越大，水质越差；污染有机物被活性炭吸附越多，CODCr 越小。如果水体中还存在其他还原性物质，那么测得的CODCr不只是反映水中有机物的污染量，而是表示水中还原物质污染的总量。 BOD5的含义:BOD ( biochemical oxygen demand ）为生化需氧量，是指微生物分解水中的可氧化的物质，主要是有机物在生化过程所消耗水中溶解氧的量（mg / L ）的多少来反