活性炭是一种经过特殊处理(活化)的碳材料,具有巨大的比表面积(一克活性炭的比表面积可相当于一个足球场)和发达的孔隙结构。其核心功能是吸附——通过分子间作用力,将气体或液体中的杂质“抓住”并固定在自身表面,从而达到净化、分离、脱色的目的。
1. 制造与分类
原料:几乎任何含碳量高的有机物都可作为原料,如木材、椰壳、煤炭(无烟煤、褐煤)。
活化过程:通过物理(高温水蒸气)或化学(化学品侵蚀)方法,使碳材料产生大量微孔,形成巨大的比表面积。
分类:
按形状:
粉末状活性炭:颗粒细小,吸附速度快,常用于一次性投加的水处理。
颗粒状活性炭:呈不规则颗粒状,用于填充滤罐,进行连续流动处理。
柱状活性炭:由粉末原料挤压成型,强度高,用于气相吸附。
活性炭纤维:制成纤维或布,吸附效率更高,常用于空气净化器、防护服。
按原料:椰壳活性炭(孔隙发达,硬度高)、木质活性炭(孔径分布广)、煤质活性炭(成本低,强度好)。
2. 主要特性
高比表面积:这是其强大吸附能力的基础,提供了巨大的“捕捉”空间。
多孔结构:孔隙分为大孔、中孔和微孔,分别负责吸附不同大小的分子。
表面化学性质:表面官能团可以通过改性来特异性吸附特定污染物(如通过浸渍处理吸附汞)。
3. 主要用途
活性炭的应用几乎渗透到所有工业和生活领域。
应用领域 | 具体用途 | 作用 |
水处理 | 饮用水净化、污水处理、家庭净水器、废水深度处理、游泳池净水 | 去除余氯、异味、有机物、重金属、色素等 |
空气净化 | 空气净化器、防毒面具、工业废气处理、装修除甲醛、冰箱除味 | 吸附甲醛、VOCs、异味、有毒气体 |
食品与医药 | 制糖、酿酒、饮料的脱色与纯化;药品提纯;口服用于解毒 | 去除杂质和色素,提高产品纯度和口感 |
化工与冶金 | 作为催化剂载体;溶剂回收;黄金提取 | 吸附分离,加速反应,回收贵金属 |
汽车与日用 | 汽车碳罐(吸附燃油蒸气);冰箱除味剂 | 防止挥发,去除异味 |
4. 活性炭的“再生”与废弃
再生:吸附饱和后的活性炭可以通过高温热再生等方式恢复其吸附能力,实现循环利用,降低成本。
废弃处理:吸附了有毒物质的活性炭属于危险废物,由专业机构进行处置,不能随意丢弃。
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