活性炭過濾,以活性炭為濾料進行水處理的過程?;钚蕴渴且环N經過氣化(碳化、活化)造成發(fā)達孔隙的,以炭作骨架結構的黑色固體物質。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?;钚蕴康恼姹戎貫?.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。
活性炭過濾網采用通孔結構的鋁蜂窩、塑料蜂窩、紙蜂窩為載體。與傳統(tǒng)活性炭過濾網相比,具有更優(yōu)良的氣體動力學性能,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。空氣阻力小,能耗低,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、煤質和石油焦等含碳的原料經熱解、活化加工制備而成,具有發(fā)達的孔隙結構、較大的比表面積和豐富的表面化學基團,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)碳質物(如煤、木料、硬果殼、果核、樹脂等)在隔絕空氣條件下經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揮發(fā),氧化活化可進一步去掉殘留的揮發(fā)物質,產生新的和擴大原有的孔隙,改善微孔結構,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,否則會轉變?yōu)長-炭?;钚蕴康奈叫阅芘c氧化活化時氣體的化學性質及其濃度、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,主要取決于活化氣體性質及活化溫度。
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,而且,隨炭中揮發(fā)物的去除,炭中的灰分含量增大。
活性炭孔隙結構:
活性炭是由石墨微晶、單一平面網狀碳和無定形碳三部分組成,其中石墨微晶是構成活性炭的主體部分?;钚蕴康奈⒕ЫY構不同于石墨的微晶結構,其微晶結構的層間距在0.34~0.35nm之間,間隙大。即使溫度高達2000 ℃以上也難以轉化為石墨,這種微晶結構稱為非石墨微晶,絕大部分活性炭屬于非石墨結構。石墨型結構的微晶排列較有規(guī)則,可經處理后轉化為石墨。非石墨狀微晶結構使活性炭具有發(fā)達的孔隙結構,其孔隙結構可由孔徑分布表征?;钚蕴康目讖椒植挤秶軐挘瑥男∮?nm到數(shù)千nm。有學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。
活性炭表面化學性質:
活性炭內部具有晶體結構和孔隙結構,活性炭表面也有一定的化學結構?;钚蕴课叫阅懿粌H取決于活性炭的物理(孔隙)結構,而且還取決于活性炭表面的化學結構。在活性炭制備過程中,炭化階段形成的芳香片的邊緣化學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鍵,能與諸如氧、氫、氮和硫等雜環(huán)原子反應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)原子與碳原子結合在芳香片的邊緣,產生含氧、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?;钚蕴勘砻婊鶊F分為酸性、堿性和中性 3 種。酸性表面官能團有羰基、羧基、內酯基、羥基、醚、苯酚等,可促進活性炭對堿性物質的吸附;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;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。