购买活性炭时,我们应该看哪些指标?

更多关注公号:环保水处理(hbscl01)

活性炭过滤器在结构上与多介质过滤器基本相同,不同的是内部装有具有较强吸附功能的活性炭,用于去除经过滤未去除的有机物,吸附水中的余氯,使出水余氯≤0.1mg/L,SDI≤4。氯属于强氧化剂,对各类膜均有破坏作用,特别是反渗透膜对余氯十分敏感,因此对于以城市自来水为水源的纯净水生产线,活性炭更主要的功能是吸附水中余氯,起到保护RO膜的作用。

在纯水制造过程中,活性炭吸附的作用表现在四个方面:降低水的氧化要求;避免有机物进入污染离子交换膜和反渗透膜;除去水中残留的氯,保护反渗透膜;除去水中的三卤化物(THM)等提高水的总体质量。

良好活性炭的比表面积一般大于1000m2/g,细孔总容积可达0.6-1.8mL/g。活性炭的吸附能力以物理吸附为主,没有极性,一般是可逆的,实验发现,它也可进行一些选择吸附,即化学吸附。制作温度在300-500℃时,酸性氧化物占优势,这种酸性氧化物在水中离子化时,活性炭就带负电荷;制作温度在800-900℃时,活性炭具有两性性质。由测定电位得知:一般活性炭带负电荷,在溶液中显弱酸性,在pH值较低的酸性条件下,吸附性较好;在pH值较高的碱性条件下,吸附性较差。

买活性炭,我们应该看什么指标?

优质的活性炭倒入水中会产生大量微小的气泡,现象越剧烈、气泡越多、持续时间越长,说明效果越好。等气泡释放的差不多的时候,可以看到劣质活性炭的水已经变黑了,优质活性炭的水还是比较清澈透明的。真正的活性炭成本很高。活性炭是炭化料在经1000度左右高温进行活化得到的,这是活性炭生产中最关键的步骤。

活性炭的选择性吸附,不但可吸附电解质离子,还可进行离子交换吸附。经活性炭吸附还可使高锰酸钾耗氧量(COD)由15mg/L(O2)降至2~7mg/L(O2)。由于吸附作用使表面被吸附物质的浓度增加,因而还可起到催化作用。虽然活性炭能吸附相当多的无机和有机物质,但它并非对所有的有机物都有吸附能力,如活性炭较难吸附醇类、分子量很高的有机物或胶体有机物。

水处理系统中活性炭使用时首先需要预处理,粒状活性炭进柱前应在清水中浸泡、冲洗去除污物,装柱后再用2%HCl及4%NaOH溶液交替动态处理1-3次,流速18-21m/h,用量约为活性炭体积的3倍,每次处理后均需淋洗到中性为止。其次,适用进水条件,一般进水中要求悬浮物含量小于3-5mg/L。再次,吸附终点的控制,根据去除物的性质,控制出水余氯含量小于0.1mg/L,如以有机物泄漏量作为控制点,则应控制出水中耗氧量与总阴离子含量的比值小于0.004或COD<2mg/L。

活性炭吸附器的形式较多,按碳床形式可分固定床、膨胀床和移动床三种,目前广泛使用的是固定床吸附装置,一般为压力式。压力式吸附器的结构形式与压力过滤器类似,既可做成单纯的吸附器,也可与石英砂组合成吸附过滤器,两者均可除去有机物,又可过滤去除悬浮固体。底部装0.2-0.3m厚承托层和石英砂滤料层,在石英砂的上部一般装填1.0-1.5m厚的活性炭,作为吸附过滤器,其滤速一般为6-10m/h;当单纯作为吸附器时承托层上无石英砂滤料层,活性炭层高2-3m,其滤速为3-10m/h,反冲洗强度为4-12L/(S·m2)。

活性炭可以再生,大多采用高温加热再生,一般经以下三个阶段。

① 干燥阶段

温度150-300℃,对湿碳进行脱水干燥。

② 焙烧阶段

温度300-600℃,对被吸附的有机物进行热分解、炭化或气化,达到脱附。

③ 活化阶段

温度800-900℃,对炭化了的表面用水蒸气或二氧化碳气体进行活化。

一般使用时因水量较少,活性炭失效后大多是全部更换,很少自己再生,一般情况下一年左右更换一次。

VOCs处理活性炭分散吸附集中再生集团标准启动会正式召开

【能源人都在看,点击右上角加’关注’】

《分散吸附集中再生VOCs治理用活性炭》团体标准启动会在山东德州召开。目前我国活性炭分散吸附-集中再生VOCs治理用活性炭无标准可依。以活性炭为关键吸附剂的分散式吸附-集中再生VOCs治理模式尤其适用于大风量、低浓度的 VOCs废气治理。

7月8日,《分散吸附集中再生VOCs治理用活性炭》团体标准启动会在山东德州召开。该团体标准由山东格瑞德活性炭有限公司、陕西煤业星炭能源有限公司牵头,中国煤炭加工利用协会提出并归口而成。行业领域多位权威专家以及多家机构、企业等参与了团体标准启动会。同日,山东格瑞德活性炭再生系统正式点火启动。

在团体标准启动会上,煤炭科学技术研究院有限公司副研究员解炜介绍,在VOCs净化工艺中,活性炭吸附技术简单有效、成本低、适应范围广,应用最为广泛,是目前VOCs净化的主流技术之一。利润不高、规模不大的中小企业属于VOCs治理“深水区”,适用于分散吸附-集中再生模式。

“以活性炭为关键吸附剂的分散式吸附-集中再生VOCs治理模式尤其适用于大风量、低浓度的 VOCs废气治理,非常适合在橡胶、喷涂等一些规模不大,利润较低的中小企业推广使用,这也是目前VOCs废气治理的深水区。该模式将成为未来中小企业 VOCs治理的主流方案。”山东格瑞德集团有限公司总裁管志广同样表示。

然而,目前我国活性炭分散吸附-集中再生VOCs治理用活性炭无标准可依。在解炜看来,活性炭吸附装置加工制造的门槛较低,低品质活性炭吸附、处理废气效果较差,也难以再生使用,无法体现活性炭吸附技术可多次循环再生应用的经济性,阻碍了分散式吸附-集中再生模式的推广应用。根据活性炭活化造孔机制,选用优质原料煤匹配适当的孔隙发育,会增加活性炭再生使用次数,减少活性炭消耗量。

“标准的制定不仅规定了活性炭的初始孔隙,也考虑到规范活性炭的循环再生使用性能。不仅可以降低企业的运行成本,也能够减少全社会资源消耗。”解炜补充说。

此外,记者了解到,本次团标的牵头单位山东格瑞德活性炭有限公司是山东格瑞德集团2020年提出“高品质活性炭吸附+活性炭集中再生+物联网全过程管控”的绿岛VOCs综合治理模式和解决方案,并为此专门成立的专业推广运营公司。在点火启动仪式上,山东格瑞德集团有限公司董事长管印贵说:“本次格瑞德活性炭再生中心点火启动标志绿岛VOCs综合治理模式和解决方案从理论走向实践,从实践走向主流。让VOCs治理实现回归,回归治理有效,回归低投入,回归低运行费用。”

免责声明:以上内容转载自中国能源网,所发内容不代表本平台立场。

全国能源信息平台联系电话:010-65367702,邮箱:hz@people-energy.com.cn,地址:北京市朝阳区金台西路2号人民日报社

什么是活性炭,它的功能和功效是什么,它的主要用途是什么

活性炭在我们的日常生活中应用非常广泛,一般我们在新房装修后或买来的木质衣柜中都会放一定的活性炭来去除屋内异味,以及甲醛等有害气体。接下来我们就来了解一下活性炭。

活性炭

☞活性炭,是一种吸附力非常强的无定型碳。

☞活性炭是一种经过特殊处理的炭。

☞活性炭具有一种显著的“物理吸咐”和“分析化学吸咐”的作用,可将一些分析化学化合物吸咐而达到去除效果的作用。

活性炭的产生原理

☞活性炭主要是指将有机原料在与外界空气隔离的条件下进行加热,并与气体发生反应,导致其表面生成孔状结构。也就是发生炭化与活化的过程。

☞经过活化的活性炭表面产生了无数的细小孔隙。而这些微孔直径大多在2~50nm之间,于是就形成了巨大的微孔表面。由于其这种独特的结构特性,因此被广泛应用生产和生活中。

活性炭的作用和功效

那么活性炭到底有什么作用和功效呢?其作用与功效主要体现在净水作用、空气净化、除味、脱色等方面。

☞净水作用

由于活性炭在液体中拥有很强的吸附能力,能够去除水中的氯、重金属和有机物等物质,从而达到净水的功效。

☞空气净化

在空气中,活性炭还具有吸附漂浮空气中各种游离状态的甲醛和苯等有害气体的功效。所以我们在装修房子后都会用其来吸收甲醛等有害气体。

☞去除异味

将活性炭放在刚买的家具衣橱、书柜、鞋柜中,可以达到很好的去除异味、防潮的作用。

☞脱色

除以上三种功能外,活性炭还可以用于脱色剂使用。

总结:活性炭的作用与功效大多是依靠自身的吸附功能来实现的,在日常生活、工业、汽车等领域被广泛应用。

跨过“能耗”门槛,做大生物质活性炭产业

采用生物质制备活性炭,原料成本低,椰壳、核桃壳、松子壳等果壳以及秸秆、木屑、污泥、废弃蔬菜等废弃物都可以用作原料,但对这些原料的预处理活化过程的能耗过高,制约了生物质生产活性炭的产业化发展。

“双碳”目标的时代背景下,减少碳排放已经成为共识。然而我们的生活中却片刻也离不开碳,就连我们人类本身也是碳基生物,目前与我们生活、生产相关的绝大部分碳,来源于煤炭、石油等化石资源,这些资源在生产中会带来碳排放。因此,研发和推广可替代化石资源的再生碳资源用于碳基材料的制备,对“双碳”目标的实现至关重要。

近日,合肥工业大学机械工程学院马培勇副教授研究团队,在生物质热解制备碳材料方面取得了重要进展,他们的新方法能用更低能耗实现生物质制炭。相关研究成果发表在工程技术类国际著名期刊《生物资源技术》上。

制备活性炭的生物质来源广泛

活性炭是生活和生产中经常能够遇到的一种典型碳材料。活性炭具有很高的比表面积、可调控的孔隙结构,在吸附、催化、储能等领域都有着广泛的应用。“活性炭的具体应用场景非常丰富,在居家生活中,活性炭可用于除臭、去除装潢后残留的甲醛等;在工业生产中,经定向调控的活性炭,可以作为催化剂、催化剂的载体、电极材料以及超级电容器等;在环境保护领域,活性炭可用于污水净化、烟气脱硫脱硝等。”马培勇告诉记者,在“双碳”背景下,活性炭在二氧化碳捕集方面也具有较好的应用前景。

马培勇表示,生物质是一个广泛的概念。所有的直接或间接利用绿色植物光合作用获得的有机质都称为生物质,包括植物、动物、微生物,以及它们所产生的废弃物,如动物粪便等。“由于生物质是含碳的有机质,因此理论上所有的生物质都可以作为制备活性炭的材料。然而考虑到成本与储量,以农林废弃物为代表的木质纤维素是较为理想的活性炭原料。”他说,生物质原料的组分和结构对活性炭的性能有较大影响,目前椰壳、核桃壳、松子壳等果壳原料,在制备高比表面积的活性炭方面已经取得了很好的效果。

“但毕竟这些果壳的储量很有限。因此,我们团队一直在尝试使用来源更广泛的生物质制备活性炭,如秸秆、木屑、污泥、废弃蔬菜等来自农业、林业以及城市的废弃物。”马培勇说。

据统计,单就秸秆而言,我国每年产生的秸秆量就超过11亿吨,因此生物质制备活性炭具有巨大的潜力。

降低成本关键要降低制备能耗

近年来,由于生物质的可再生性,生物质制炭的工艺不断改进升级,从传统的外部供热碳化干馏工艺,逐步转向自生可燃气循环燃烧供热工艺,或是采用生物质炭化、干馏、气化多联产工艺,这些工艺促进了生物质制炭产业化发展。

在马培勇看来,目前用生物质生产的活性炭通常比表面积较低,在高值化利用方面有一定的限制,需要制备具有更高比表面积、更高利用价值的生物质活性炭。而以果壳活性炭为代表的高性能生物质活性炭又无法满足巨大的活性炭

市场需求。此外,生物质原料密度小、含水量高,使得原料的预处理成本增加。“因此,开发更节能环保的制备工艺,降低生物质活性炭生产成本至关重要。”马培勇说。

“我们团队2012年就开始努力推进生物质制炭方面的研究,包括生物质的干燥、挤压成型等预处理工艺。”马培勇告诉记者,他们在研究过程中发现,采用生物质制备活性炭虽然原料成本低,但如果考虑预处理过程和长时间高温炭化活化过程,最终的整体能耗还是比较高的。

为了降低制备过程的能耗,团队进行了大量探索。“例如我们将生物质与活化剂直接干法混合,尽可能减少额外水分的引入,从而减少过程中水分蒸发的能量消耗。”马培勇说,他们还利用生物质自身高含水性的特点,采用先低温水热预炭化再活化的方法来制备活性炭。

“低温水热阶段的热量需求可以由高温活化阶段余热回收来提供,经过水热预炭化,可以将生物质内大部分自由水、结合水以及氢、氧元素脱除,这实质上显著降低了后续炭化活化过程的能耗。”马培勇说。

他告诉记者,近期他们还开发了磷酸水热联合快速热解的活性炭制备方法。以木屑为原料,在通过磷酸低温水热预处理后,可以在450℃的较低活化温度下,仅通过2.8分钟的活化时间就获得比表面积接近2000平方米/克的活性炭,这个比表面积是普通商用活性炭的2—3倍。而常规活化温度在600℃以上,活化时间长达数小时。此外,利用该方法制备的活性炭有较为丰富的微/介孔结构,且碳基底上负载有大量纳米碳球,其与碳层编织在一起,形成三维多孔网络结构。“这种材料对多种污染物均表现出了良好的吸附性能,具有良好的应用前景。”他说。

“我们的方法大大降低了活化能耗。目前,我们仍在开发能耗更低的活性炭制备工艺与装备,并争取早日实现产业化目标。”马培勇表示,“我们还会在开发清洁、低能耗的活性炭制备工艺与装备的同时,进一步开发生物质活性炭在二氧化碳捕集与转化(CCUS)领域的应用,为实现我国‘双碳’目标贡献力量。”

延伸阅读

生物质活性炭已在各领域大显身手

由于工艺的迅速发展,利用不同生物质制备的活性炭逐渐走入我们的生活,不仅可节约资源,还可改善环境。

用秸秆制备的活性炭,由于对铜离子有较好的吸附作用,已经用于处理废水中的铜离子。

以椰子壳为原料制备的活性炭,也已经用于对蔗糖溶液进行脱色。之前,许多工厂都是用二氧化硫对糖液进行脱色处理,带来了环境污染。而椰壳活性炭具有毛细孔分配均匀和吸附力强的特点,且可多次使用,既经济又环保。

稻壳制备活性炭的工艺简单、成本低,对香烟中伤害人体健康的焦油、烟气中烟碱有良好的吸附作用,可以用来去除这些有害物质。

城市污水中的污泥也可以用作生产活性炭的原料,并且污泥活性炭已用于对染料废水进行脱色。此外,污泥制成的活性炭还可作为填充剂和着色料,用于聚氯乙烯防水卷材、聚乙烯塑料管材以及橡胶密封垫圈、橡胶输送带等制品的生产,提高这些制品的性能。

记者 吴长锋

来源: 科技日报

“我们的活性炭替代进口炭”

编者按:

1934年,冬。红军长征至剑河时,毛主席脱下自己身上的毛衣送给身穿单衣、沿路乞讨的苗族母子。

87年过去了,当地百姓依然被这个故事、这件充满着领袖人民情怀的毛衣温暖着、激励着……

今天,剑河发生了怎样的变化?苗侗同胞的生活“如愿”吗?

在党史学习教育火热开展之际,多彩贵州网记者沿着当年红军走过的路,用镜头记录剑河人民传承红色基因、围绕“四新”抓“四化”、感恩奋进创造美好生活的精彩故事。

“20个立方的废弃木屑,经过系列技术处理,可以转化为一吨活性炭。”

“活性炭作为一种环保型产品,被广泛应用于医药、化工、食品、植物提取、污水处理、废气治理等领域,高端活性炭甚至被应用于蓄电池、航天、核电、军工等领域。”

……

贵州森环活性炭有限公司位于贵州剑河县屯州工业园区,于2016年6月12日成立,主要经营活性炭制造、深加工、销售和进出口等业务。

贵州森环活性炭有限公司位于贵州剑河县屯州工业园区

“生产活性炭,就是将废弃原料变废为宝,进行初级活化低端原炭、深加工中端炭、高性能高端炭、回收活化再生活性炭等一体化全产业链生产加工,不仅大大减少废物产生量,也解决了资源再利用。”这是公司负责人舒洪南心里的“小成就”。

“我们的原材料出口到国外,外企加工后卖回国内,价格就翻了好几番”的现状也让舒洪南在从业之初就定下一个“小目标”:生产的活性炭替代国外进口碳。

森环公司生产的活性炭替代了国外进口碳

为此,他一直在技术上下功夫。“比如提纯洗涤的工艺,现在就是完全由我们自主研发。洗涤车间是全自动化工作,这在国内是首创。我们的产品已经替代了国外进口碳。”至今从业已有26年,舒洪南有底气地说:“目标已经实现了!”

经济要发展,潜力在工业,希望也在工业。为筑好工业项目的“安乐窝”,该公司积极与科研院校、业界精英广泛合作。目前,已与活性炭行业标准制定机构——江苏南京林科院林化所及北大施祖进教授等科研机构、人员合作,建立中国林科院林化所贵州森环博士工作站、贵州森环活性炭联合创新中心。

现代化的中控室

随着产量的增加,原材料的供给需求也会逐步加大。舒洪南表示,下一步,还将考虑把剑河县食用菌生产所产生的废菌棒、底料作为原料进行采购、加工。届时,剑河木材加工、食用菌种植、活性炭生产将实现产业闭环,为剑河新型工业化发展贡献一份力量。

统筹:陈永堂

策划:熊莺

文字记者:杨婧 夏季 姚辉

视频记者:鲁袆

文字编辑:熊莺

视频编辑:鲁祎 李明皓

山东格力活性炭使绿岛VOCs综合治理模式开启废气治理新篇章

在“为社会环保治理开辟科学发展之路”的使命驱使下,7月8日,山东格瑞德活性炭再生系统点火启动仪式顺利举行。德州市工信局党组书记、局长孙洪昌,中国煤炭加工利用协会煤转化分会会长张鸣林,中国环境保护产业协会废气净化委员会秘书长栾志强,山东格瑞德集团有限公司董事长管印贵,以及中环协、中煤协、中环科、陕煤等多个组织机构及企业参加。

德州市德城区人民政府副区长、党组成员刘桂芝主持启动仪式,管印贵介绍活性炭再生系统有关情况,据介绍,格瑞德作为2017年就进入环保治理领域的厂家,于2020年专门注册成立山东格瑞德活性炭有限公司,不断进行技术完善,不断进行模式完善,不断进行市场完善。针对中小型企业的VOCs治理形成系统性、全过程绿岛治理模式。绿岛模式对市场端具有一次性投资最低、运行费用最低、处理效率最优、排放最可控的效果,同步废气治理过程资源化、无害化,达成治理闭环模式,节能减排,减污降碳协同增效,有显著的经济效益、社会效益、生态效益。

德州市工信局党组书记、局长孙洪昌致辞

德州市德城区人民政府副区长、党组成员刘桂芝主持启动仪式

山东格瑞德集团有限公司董事长管印贵致辞

中国环境保护产业协会废气净化委员会秘书长栾志强致辞

栾志强讲到,“高品质活性炭吸附+活性炭集中再生+物联网全过程管控”的绿岛VOCs综合治理模式和解决方案同时兼顾了技术可行性、经济性,同步过程节能降耗,将是未来挥发性有机废气治理、恶臭治理的市场主流。同时废活性炭是由废气治理产生的固体废物,若减少固体废弃物的产生,就要进行源头的控制和减量。因此本模式既是大气治理项目,也是减少固态废物产生的工程,为改善环境空气质量、减轻企业污染治理压力、减少危废产生、发展循环经济和建设“无废城市”具有重大意义。

本次格瑞德活性炭再生中心点火启动标志着中试项目闭环,以此为基础,将绿岛VOCs综合治理模式和解决方案从理论走向实践,从实践走向主流,格瑞德将推进在全国主要VOCs治理区域节点城市建设活性炭再生处理中心,依托再生处理中心大规模推进高品质活性炭吸附为主流的VOCs治理方式,让VOCs治理实现回归,回归治理有效,回归低投入,回归低运行费用。

德州市工信局党组书记、局长孙洪昌表示将持续推进重点项目工作,进一步深化供给侧结构性改革,加大对如活性炭再生系统等项目的调度、督导及帮扶力度,不断打造服务“新引擎”,推动项目建设“快速跑”,为德州市经济跨越发展、和谐发展增添动力。

随后,山东格瑞德活性炭有限公司组织以“分散治理集中再生”为主题的团体标准启动会和“活性炭吸附+集中再生+物联网全程管控”绿岛VOCs综合治理模式研讨会。

团体标准启动会中,本着“制定标准能够负责,出了问题能被问责”的原则,使行业内拥有明确的标准,中国煤炭加工利用协会领导对会议致辞并总结,充分体现了对本次启动会议的重视程度,对标准成型给予厚望。同时也为这种新模式的良性发展奠定基础。

山东格瑞德集团2017年进行VOCs治理以来,积累经验教训,于2020年提出“高品质活性炭吸附+活性炭集中再生+物联网全过程管控”的绿岛VOCs综合治理模式和解决方案,为此专门成立山东格瑞德活性炭有限公司,作为主要的推广运营公司。

栾志强主持此次绿岛VOCs综合治理模式研讨会。以栾志强教授、解强博士为首的专家团队在会议中指出“高品质活性炭吸附+活性炭集中再生+物联网全过程管控”的绿岛VOCs综合治理模式是为广大涉VOCs排放中小企业找到一条最为优化治理的道路。

通过一年的努力,山东格瑞德活性炭有限公司不仅在技术上形成了完善的解决方案,也在商业模式上也形成了“VOCs治理+活性炭再生+项目运维”三位一体的综合方式,在保证广大中小企业低投入低运行费用、在保证政府监管放心的同时,形成有效利润来源,保证项目可持续进行,技术可深入换代。

“分散治理集中再生”团体标准启动会和“活性炭吸附+集中再生+物联网全程管控”绿岛VOCs综合治理模式研讨会的成功召开,不仅意味着山东格瑞德品牌从此将在国内环保治理行业占有一席之地,同时也象征着VOCs废气治理将迈入一个全新的时代。由此以来,山东格瑞德活性炭公司更加坚定了“为社会的环保治理找到一条科学发展之路,既实现青山绿水就是金山银山,又实现行之有效经济高质量发展”的企业使命,和“针对中小企业VOCs的治理探索出一条相对低投入、快速解决、行之有效、运行可控的全过程解决方案,并围绕解决方案满足政府治理管控需求、中小企业环保设备服务需求,形成以活性炭吸附为核心的产品、系统、服务”的企业宗旨。相信在专家的专业指导下、在政府的政策支持下、在业界同仁的共同努力下,将不断通过集中建设再生基础设施,让更多企业共享共用,降低企业治污成本,缓解企业治污压力,为企业实现绿色发展蹚出一条新路子。

齐鲁晚报·齐鲁壹点记者 信岱威 通讯员 王婷

找记者、求报道、求帮助,各大应用市场下载“齐鲁壹点”APP或搜索微信小程序“壹点情报站”,全省600多位主流媒体记者在线等你来报料!

不要低估它,科学认识活性炭

活性碳(activated carbon)是一种黑色粉末状或颗粒状的无定形碳。所谓无定形碳是形容其内部的碳原子结构没有固定的排列顺序而言。实际上它的内部结构并不是真正的无定形体,而是具有和石墨(graphite)一样结构的晶体,石墨是制作铅笔笔心的材料。活性碳与石墨最大的不同,在于它的碳原子六角形环状平面形成的层状结构凌乱而不规则,晶体形成有缺陷,而且晶粒微小,含有少量杂质。主成分除了碳以外还有氧、氢、氮等元素。

由于活性碳的碳原子,在结构上排列相当纷乱,如果我们将它的结构碎裂,用显微镜观察,可以发现它的内部到处充满纵横交错的细孔,这些细孔的尺寸,可以小到分子级大小(molecular dimensions,约0.1 nm直径),因此它是一种多孔碳,堆积密度低,比表面积(specific surface area)大。

活性碳的多孔隙结构,让它具有极大的「比表面积」,此种表面积更赋予它具有最强烈的吸附能力,而能广泛吸附许多化合物。在人类所制造的物质中,以活性碳的结构最具多孔性,或最具有物理吸附作用能力。活性碳的「比表面积」可以超过1000 m2/g,如果依此计算,那么小小的5g中所拥有之表面积,将相当于一个足球场那么大。

活性碳的吸附作用

吸附(adsorption)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(absorption)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(london dispersion forces),这也是另一种凡得瓦力(van der waals force)的表现形式。此种力普遍存在于不具有永久性偶极矩(dipole moment)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(physical adsorption)。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(carbon surface)与被吸附分子(adsorbate molecule)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。

气相及液相吸附

活性碳对气相(gas phase)的吸附作用,除了与其接触表面积有关外,也与被吸附化合物的分压(partial pressure)有关。当分压高于该化合物的在活性碳表面的蒸气压时,该化合物会被逐渐缩合(condensation)在活性碳中,直到达到压力平衡为止。反之,如果分压较低时,一部分该化合物会从活性碳表面脱离,直到达到新的压力平衡为止。

活性碳对液相(liquid phase)的吸附作用与气相有类似性质。它表现在吸附作用方面的能力,与被吸附化合物的溶合力(solvated force)有关。当被吸附化合物的在水中的溶合力小于吸附力(adsorbability)时,它就会被逐渐富集(concentrate)在活性碳中。这也说明,为何「疏水性」化合物在水中很容易被活性碳吸附而除去的主要原因。

事实上,活性碳对物质的吸附能力,完全表现在伦敦分散力与气相的蒸气压力,或与液相的溶合力之间,相互「角力」的结果。当伦敦分散力较大时,即可以表现出对气体或液体分子的吸附力。由于气相的蒸气压力及液相的溶合力,可因温度的增加而加强,但伦敦分散力却不受影响,因此可以利用加热的方式,让气体或液体分子从活性碳表面脱离,这种逆向操作,我们称之为脱附(deadsorption)。

那些物质会被吸附

有那些物质会被活性碳吸附呢(what compounds are adsorbed)?从活性碳的吸附原理可知,凡是大分子化合物,特别是一些大分子有机物在溶剂中是很容易被吸附的;另外,某些大分子量的无机化合物,像碘化物及汞化物,也能被活性碳吸附。

一般而言,一定种类及比表面积相同的活性碳之吸附力,随着以下因素而被强化:(1)化合物分子量增加时,(2)化合物具有高数目像双键(double bonds)一类的官能基(functional groups),或高卤化物(halogen compounds)时,(3)化合物分子的电子云(electron clouds)易形成瞬间极性(polarisability)者(注:此性质与伦敦分散力的产生有绝对关系)。由于这些因素的影响,导致有些物质很容易被活性碳吸附,但有些不会。

离子性物质因具有永久性偶极矩(dipole moment),无法形在活性碳表面之间形成伦敦分散力,所以难以被吸附。水草的无机养分几乎都是离子性物质,所以在水草缸使用活性碳,无机养分应该不受活性碳吸附作用之影响。

化学吸附

化学吸附(chemical adsorption)是指气体或液体以类似于化学键之结合力,被吸附于活性碳表面的现象。此种吸附力之形成,可能是气体或液体分子内的键裂开,或其双键裂解,并与活性碳表层之碳原子产生新键之故。因此,具有选择性,且吸附作用仅限于表层。不过,关于它的反应机构现在还有许多不清楚的地方。

并非所有的活性碳都具有化学吸附能力,如果要使它具有此种吸附能力,必须进一步作「活化处理」,藉以清除活性碳中的杂质,这样才能防止杂质干扰活性碳表面的碳原子与被吸附分子之间化学键的形成。这也是衡量活性碳吸附特性的重要指标之一。凡具有化学吸附性质的活性碳称为「化学活性碳」。一般水族馆所贩卖者,通常不属于这一种。

化学吸附也能类似于物理吸附一般,具有脱附的性质。如果被吸附物质的脱附力(deadsorbability)大于其间的化学键力(bond forces),即能重新被释放出来。与物理脱附相似,在高温之下,脱附力可能大于化学键力而达到脱附之目的。不过不同于物理脱附者,被吸附的物质脱附之后,已经产生了化学变化,不再是原来的物质了。

再生

活性碳的脱附过程,我们称为再生(regenerated)。当活性碳的脱附作用的吸附性减弱后,可以让它「再生」后而能再继续使用。由于物理吸附与化学吸附的平均焓(enthalpy)皆为负值(-δh),属于放热反应,因此再生通常不会在自然的情况下自动发生,必须将活性碳单独取出另外做适当的处理。

活性碳再生时,一般使用水蒸气脱附再生。若仅针对物理吸附之再生,大约使用200-300℃之高压水蒸气在再生炉中加热处理即可。由于化学吸附所产生的作用力,比物理吸附强,所以它所需脱附再生的温度要高许多,例如,在操作时,它所需的高压水蒸气约至少高达400 ℃才能达到目的。在进行化学脱附的同时,也一并会进行物理脱附。

活性碳再生是一种技术性的操作,同时必须在专门的设备中才能进行,所以我们似乎只需了解其原理即可,没有必要真的尝试去做。如果活性碳的吸附性已经丧失,建议淘汰,若还有需要使用,最好还是重新选购较为适当。

推荐一家韩氏金鱼锦鲤养殖场,部分鱼友在那边买过金鱼,听说还不错。

另外出售各种品种金鱼、锦鲤鱼苗哦~

小编:金鱼妹 图片来源:网络

江苏继续开展规范活性炭产品质量专项整治,发现生态环境问题525个

每年的夏季(6-9月)是VOCs治理的攻坚期,因活性炭对VOCs废气具有良好的吸附作用,所以在VOCs废气治理中被广泛应用,有着无可替代的重要作用。近期,江苏省生态环境厅组织开展“大气2号”专项执法行动时,发现了部分企业存在购买使用低碘值劣质活性炭、活性炭棉和蜂窝炭充当活性炭使用等行为。

经调研,碘值(衡量活性炭吸附力高低的重要指标)800mg/g以上、灰分小于15%的高品质活性炭占比相对较低,工业企业治理废气使用的活性炭品质良莠不齐,存在以次充好的现象,对于削减VOCs排放量影响显著。

行动共抽查相关企业280个,发现各类生态环境问题525个,涉嫌环境违法行为159个,涉及企业100厂次。其中涉废气环境违法行为90个,涉企业77厂次。

查获的问题企业主要表现为废气处理设施活性炭期长期不更换。个别企业建厂3年多,从未更换活性炭,“单一活性炭”废气运行设施近乎成“摆设”。另外,一些企业活性炭使用存在以次充好,购买使用低碘值劣质活性炭、活性炭棉和蜂窝炭充当活性炭使用、炭箱未规范填充、填充夹层过小。

典型生态环境违法行为主要有:活性炭治理设施不正常运行、设施未填充活性炭、废弃活性炭未进行危废申报登记。在继续深入开展的活性炭专项执法中,将做到查处一案、震慑一批、带动一片。

近日江苏省生态环境厅印发了《关于构建活性炭质量问题线索移交机制的通知》,通过“一看、二称、三试、四测”等方式,规范工业企业活性炭吸附废气治理,以保证VOCs废气治理效果。通知要求,各地将检查中发现的无法提供产品合格证书的活性炭产品质量问题线索以及活性炭其他质量问题线索,及时移交同级市场监管部门。

省生态环境厅相关负责人表示,劣质炭单价较低,不过灰分高,密度大,装满同样体积的炭箱,重量就远大于优质炭,因此购买支出未必比优质炭便宜很多,处置费用反而更高。废劣质炭只能无害化处理,加上重量更重,处置费也就更高。废优质炭可以无害化免费处置,也可以脱附后重新利用。经相关机构测算,优质炭的废气吸附效率至少是劣质炭的4倍。综合来说,两种活性炭从购买和处置的总支出的费用看,优质炭性价比明显更高。经市场调研初步匡算,与劣质炭相比,使用优质炭至少可以降低成本20%。

通讯员 苏小环 扬子晚报/紫牛新闻记者 曹卢杰 图片由受访单位提供

校对 王菲

来源:紫牛新闻

二恶英吸附用活性炭的孔结构分析

【能源人都在看,点击右上角加’关注’】

北极星大气网讯:1 引言

垃圾焚烧过程中会向环境排放二次污染物,其中二噁英目前已知的毒性最大且化学稳定性强的有机污染物,易于在人体、动物体内积累,难以排除,环境中能长时间存在,强烈的致癌性、致畸性、致突变性。2014 年开始实施GB 18485-2014《生活垃圾焚烧污染控制标准》,此标准对二噁英类排放限值由2001年的1.0ng TEQ/Nm3提高到0.1ng TEQ/Nm3的欧盟标准执行[1]。但即使是1.0ng TEQ/Nm3的排放限值,很多焚烧厂也不能满足要求,这就需要从多方面研究二噁英的生产和控制技术以满足最新标准的排放要求。包括焚烧前控制、生成过程控制、烟气净化处理。其中烟气净化处理包含活性炭携带流喷射结合布袋除尘。该方法工程上容易实现,成本较低且二噁英脱除效率高,可达 95%以上[2]。其是利用活性炭巨大表面积、合适孔结构以及良好吸附性。

活性炭的孔结构主要包括比表面积、孔容和孔径分布等,是影响活性炭吸附性能的关键参数,也是影响二噁英吸附的重要因素。二噁英在活性炭上的吸附实质上是一个孔隙填充的过程。二噁英分子通过外扩散与活性炭表面接触后,通过活性炭表面的孔通道内扩散至孔隙中。因此在吸附过程中,活性炭的孔径与二噁英分子大小需要匹配才能发生有效的吸附[3,4]。

二噁英是一种由两个苯环组成的大分子化合物,Nagano S[5]等利用分子轨道法分别估计2,3,7,8-TCDD和 2,3,7,8-TCDF 的分子尺寸:前者的长轴1.3668nm,短轴0.7348nm,厚度0.35nm,后者的长轴1.3074nm,短轴0.7386nm,厚度0.35nm。

古可隆[4]指出,吸附剂利用率最高时,吸附剂的孔径与吸附质分子直径最佳比值为 1.7~3,若吸附剂需重复再生,这一比值为3~6。解立平[6]根据吸附剂的孔径与吸附质分子直径比值关系,计算得到活性炭吸附二噁英分子的有效孔径范围为2.3~4.1nm, 若活性炭需重复再生,这一有效孔径范围为4.1~8.2nm。日本学者立本英机等指出[7],活性炭的比表面积和孔容是影响吸附二噁英的重要因素,并根据已有研究成果提出作为除去二噁英类化合物使用的活性炭应具备以下基本性质:平均孔隙直径为2.0~5.0nm;比表面积在 500m2/g 以上;比孔容积在0.2cm3/g 以上。马显华等[8]研究中了具有代表性的Norit GL 50活性炭(木质)、医用 732 针剂活性炭(木质)、褐煤活性炭(煤质) 和椰壳活性炭(果壳)和二噁英的毒性当量移除效率之前关系。发现拥有丰富的2~20nm段中孔分布的并有适量的大孔提供二噁英进入的通道的活性炭,在吸附二噁英上表现良好。 Zhou等[9]继续研究了三种活性炭为褐煤活性炭(煤质)、椰壳活性炭(果壳)和医用活性炭(木质)的孔结构参数与二噁英脱除效率之间的相关性。得出活性炭的孔结构与二噁英的毒性当量脱除相关性如下:中孔容积Vmeso >总孔容积Vt ≈微孔容积Vmicro>>BET 比表面积SBET >微孔表面积Smicro 。邵旋[10]以1,2,3,4-四氯苯作为二噁英的模拟物研究四种活性炭对其脱除效率,推测适宜吸附二噁英的孔为 2~3 nm 范围内的中孔。郭祥信等[11]研究了煤质活性炭、椰壳/煤质活性炭和椰壳活性炭孔结构参数对二噁英气相吸附的影响。得出其孔结构参数与毒性当量脱除效率的相关性强弱排序如下:中孔孔容>总孔容>中孔比表面积> BET 比表面积 >> 微孔比表面积>微孔孔容。

综上所述,活性炭的比表面积只能作为选择活性炭的一种参考,不能直接反映活性炭吸附二噁英的能力,实际也应该关注活性炭的孔容对二噁英的脱除效率的影响,特别是中孔结构的丰富程度是决定活性炭对二噁英吸附性能的关键。本文旨在对垃圾焚烧企业选用商用活性炭的孔结构进行分析,对比中孔孔容数据,望能给垃圾焚烧企业选用合适的、经济效益高的产品提供参考指标。

2实验

2.1样品选择

选用不同材质的商用活性炭,分别是三种煤质活性炭A、B、C,三种木质活性炭D、E、F,一种椰壳活性炭G。

2.2 活性炭孔结构的表征

采用精微高博的比表面积与孔径分析仪测定不同材质活性炭的吸脱附等温线。使用BET方法计算活性炭总的比表面积,并参照GB/T19587-2017气体吸附BET法测定固态物质比表面积[12](该标准使用翻译法等同采用ISO 9277:2010《 气体吸附 BET 法测定固态物质比表面积》)的附录C解释,BET相对压力的范围选择0.005-0.1。吸脱附等温线上相对压力对应0.99时的孔容为总孔孔容,使用BJH方法计算中孔孔容。使用HK/SF方法计算微孔孔容。使用DFT方法计算孔径分布。

3结果与讨论

图1 不同材质活性炭的吸脱附等温曲线

图1为不同材质活性炭的吸脱附等温曲线,由2015年的IUPAC的等温线分类可知,煤质活性炭和椰壳活性炭为Ⅰ(b)型等温线,木质活性炭是Ⅰ型等温线和Ⅳ型等温线的复合等温线。对于煤质活性炭和椰壳活性炭材质在P/P0非常低时吸附量急剧上升,这是因为在狭窄的微孔(分子尺寸的微孔)中,吸附剂-吸附质的相互作用增强,从而导致在极低相对压力下的微孔填充。煤质活性炭和椰壳活性炭随着相对压力的增高,等温曲线趋于平坦,说明煤质和椰壳活性炭主要以微孔为主。木质活性炭在较高的相对压力下,吸附质出现了毛细管凝聚,等温曲线迅速上升,产生了滞后环。说明木质活性炭有大量的中孔存在。

图2 不同材质活性炭的DFT孔径分布图

图3 煤质活性炭和椰壳活性炭的DFT孔径分布局部放大图

图2和图3是不同材质活性炭的DFT孔径分布图,从图中可以看出煤质活性炭和椰壳活性炭在小于1nm时出现峰值,说明煤质活性炭和椰壳活性炭存在小于1nm的微孔。在2-4nm范围内出现一个峰值,说明煤质活性炭和椰壳活性炭也有2-4nm直径的中孔存在。木质活性炭在小于2nm时出现峰值,说明木质活性炭存在小于2nm的微孔。木质活性炭D、E在2-12nm,木质活性炭F在2-25nm存在一个较宽范围的孔径分布。

表1 活性炭的孔结构数据

表1是活性炭的孔结构数据,从表中的数据可以得知,煤质活性炭A、B、C的比表面积分别是917.133、905.164、981.454m2/g。其总孔孔容分别为0.554、0.454、0.506cm3/g,中孔孔容分别为0.257、0.154、0.187cm3/g,微孔孔容分别为0.325、0.317、0.340cm3/g。结合图2、图3的孔径分布图可知,煤质活性炭主要存在小1nm的微孔,少量的2-4nm的中孔。椰壳活性炭比表面积为1467.132m2/g。其总孔孔容分别为0.689cm3/g,中孔孔容分别为0.173cm3/g,微孔孔容分别为0.499cm3/g。结合图2、图3的孔径分布图可知,椰壳活性炭也主要存在小1nm的微孔,少量的2-4nm的中孔。木质活性炭D、E、F的比表面积分别是1324.348、649.736、1877.518m2/g。其总孔孔容分别为0.879、0.526、1.526cm3/g,中孔孔容分别为0.474、0.336、1.117cm3/g,微孔孔容分别为0.463、0.226、0.163cm3/g。结合图2、图3的孔径分布图可知,木质活性炭的微孔孔容较中孔孔容小,木质活性炭D、E以2-12nm范围的中孔为主,木质活性炭F以2-25nm范围的中孔为主。对比BJH中孔孔容比例,木质活性炭F>木质活性炭E>木质活性炭D>煤质活性炭A>煤质活性炭C>煤质活性炭B>椰壳活性炭G,也说明木质活性炭的中孔最为发达。

由Zhou等[9]和郭信祥等[11]的研究可知,影响二噁英的毒性当量脱除效率的活性炭孔结构主要参数为中孔孔容和总孔孔容,且相关性的强弱是中孔孔容>总孔孔容。对比表1中的不同活性炭的中孔孔容,其含量的排序如下:木质活性炭F>木质活性炭D>木质活性炭E>煤质活性炭A>煤质活性炭C>椰壳活性炭G>煤质活性炭B。总孔孔容含量排序是:木质活性炭F>木质活性炭D>椰壳活性炭G>煤质活性炭A>木质活性炭E>煤质活性炭C>煤质活性炭B。

4结论

煤质活性炭和椰壳活性炭主要存在小1nm的微孔,少量的2-4nm的中孔。木质活性炭的微孔孔容较中孔孔容小,木质活性炭D、E以2-12nm范围的中孔为主,木质活性炭F以2-25nm范围的中孔为主。

不同活性炭的中孔孔容其含量的排序如下:木质活性炭F>木质活性炭D>木质活性炭E>煤质活性炭A>煤质活性炭C>椰壳活性炭G>煤质活性炭B。

结合文献,可以预测到本文中选用的木质活性炭的脱除二噁英的效率应该是相对比较高的。众所周知,活性炭的孔隙结构不但和材质有直接关联还和制备工艺有直接相关性,对于适合脱除二噁英的活性炭应该要重视的是空隙结构是否符合。

参考文献:

[1] GB 18485-2014,《生活垃圾焚烧污染控制标准》[S].

[2] Evezaert K,Baeyens J,Degrève J. Entrained-phase adsorption of PCDD/F from incinerator flue gases[J]. Environmental Science&Technology,2003,37(6):1219-1224.

[3] 周旭健,李晓东,徐帅玺等.多孔碳材料对二噁英吸附性能的研究评述及展望[J].环境污染与防治,2016,38(1):76-80

[4] 古可隆.活性炭的应用(一)[J]. 林产化工通讯,1999,33(4):37-39

[5] Nagano S,Tamon H, Adzumi T,et al.Activated carbon from municipal waste[J]. Carbon,2000, 38(6):915-920.

[6] 解立平.城市固体有机废弃物制备活性炭的研究[D] .北京:中国科学院研究生院,2003

[7] 立本英机,安部郁夫,高尚愚.活性炭的应用技术:其维持管理及存在问题[M]. 南京: 东南大学出版社,2002

[8] 马显华,李晓东. 典型种类活性炭吸附二恶英影响因素实验研究[J]. 能源工程,2013(3):50-54.

[9] Xujian Zhou, Xiaodong Li,Xinhua Ma,et al.Adsorption of Polychlorinated Dibenzo-p-Dioxins and Dibenzofurans Vapors on Activated Carbon[J]. Environmental Engineering Science,2014,31(12):664-670

[10] 邵旋.活性炭和矿物材料对1,2,3,4-四氯苯的吸附脱除规律研究[D].北京:中国矿业大学,2017

[11]郭信祥,王沛月,马云峰等.活性炭孔隙参数对二噁英气相吸附影响的试验研究[J].环境卫生工程,2020,28(4):52-56

[12] GB/T19587-2017,《气体吸附BET法测定固态物质比表面积》[S].

免责声明:以上内容转载自北极星环保网,所发内容不代表本平台立场。

全国能源信息平台联系电话:010-65367702,邮箱:hz@people-energy.com.cn,地址:北京市朝阳区金台西路2号人民日报社

活性炭,请“够了”

活性炭已经成为大多数人新房装修的必选项,但很多人都会买很多的活性炭,觉得多多益善。活性炭放的越多,就能把甲醛吸附得越干净。但事实并不是这样的。如果活性炭放的太多,可能会无法发挥最大的功效。

一般情况下,110平的住宅,可以应用50-100克/㎡的活性炭。但实际上还是要按照室内装修污染的状况考虑增加或减少活性炭的用量。

如果家里空间很大,很多人就会烦恼怎样分布这些活性炭。活性炭可以主要放在环境污染比较严重的地区,比如厨房橱柜、鞋架等,或者是茶桌、饭桌等木制家具周围。

据了解,大多数业主对室内甲醛、苯等有害物质不是非常了解,认为气体飘在上方,屋顶应该是室内甲醛的聚集点,便会将活性炭置放在装修吊顶上,这其实是错误的做法。室内甲醛、苯比例超过气体,因此屋顶的下方才是环境污染较严重的区域。所以将活性炭放在高宽比大概180CM内比较好。

活性炭在使用一段时间以后,就需要更换或者在太阳底下晒三到五个小时。活性炭的出气孔达到饱和状态以后,就需要历经阳光照射,让水分从出气孔内挥发。或者之前我们所说的放在微波炉里烤一分钟也可以哦,但一定要注意使用方法。

无论活性炭的吸附能力多么强,我们都不能使房间是处于密闭环境的,无论出于哪种原因,经常开窗通风都是有益身体健康的。也更有益于活性炭的吸附。