活性炭主要成分按化學(xué)成分劃分:
碳(C)和少量氧(O)、氫(H)、硫(S)、氮(N)、氯(Cl)。
1 活性碳( AC - activated carbon )
活性碳,是一種具有多孔結(jié)構(gòu)和大的內(nèi)部比表面積的材料。由于其大的比表面積、微孔結(jié)構(gòu)、高的吸附能力和很高的表面活性而成為獨特的多功能吸附劑,且其價廉易得,部分還可再生活化,同時它可有效去除廢水、廢氣中的大部分有機(jī)物和某些無機(jī)物,所以它被世界各國廣泛地應(yīng)用于污水及廢氣的處理、空氣凈化、回收稀有金屬及溶劑等環(huán)境保護(hù)和資源回收等領(lǐng)域。
活性碳分為粒狀活性碳、粉末活性碳及活性碳纖維,但是由于粉末活性碳有二次污染且不能再生賦活而被限制利用 [2] 。
2 粒狀活性碳( GAC - granular activated carbon )
GAC 的 85%~90% 用于水處理和氣體吸附處理,它的粒徑為 500 ~ 5000μm , GAC 的孔結(jié)構(gòu)一般是具有三分散態(tài)的孔分布 , 既具有按國際純粹與應(yīng)用化學(xué)會 (IUPAC) 分類的孔徑大于 50 nm 的大孔 , 也有 2.0 ~ 50nm 的中孔(過渡孔)和小于 2.0nm 的微孔 [3] 。
由于 GAC 的孔狀結(jié)構(gòu)所致 , 它的吸附速度較慢 , 分離率不高 , 特別是它的物理形態(tài)使其在應(yīng)用和操作上的有諸多不便 , 限制了 GAC 的應(yīng)用范圍 [4] 。
3 活性碳纖維( ACF - activated carbon fiber )
ACF 是繼粉狀與粒狀活性碳之后的第三代活性碳產(chǎn)品 [3] 。 70 年代發(fā)展起來的活性碳纖維是隨著碳纖維工業(yè)發(fā)展起來的一種新型,高效的吸附劑。
ACF 是多孔碳家族中具有獨特性能的一員,與傳統(tǒng)的粒狀活性碳( GAC )相比, ACF 具有以下特點 [5] :
① ACF 與 GAC 的孔結(jié)構(gòu)有很大的差異,如圖 1 和圖 2 所示。 ACF 的孔分布基本上呈單分散態(tài) , 主要由小于 2.0nm 的微孔組成 , 且孔口直接開口在纖維表面,其吸附質(zhì)到達(dá)吸附位的擴(kuò)散路徑短 , 纖維直徑細(xì),故與被吸附物質(zhì)的接觸面積大,增加了吸附幾率,且可均勻接觸。
木質(zhì)粉末活性炭的主要成分是碳,含碳量約90%,通常是用各種植物碎料(木屑、椰殼及蔗渣等)或適當(dāng)?shù)拿夯蚰咎繛樵希?jīng)過特殊的加工處理制成。
木質(zhì)粉狀活性炭產(chǎn)品的外形主要有粉狀和粒狀兩大類。木質(zhì)粉狀活性炭是非常微細(xì)的粉末,絕大部分可通過200目篩網(wǎng),大部分可通過325目篩網(wǎng),粉的尺寸在1~150μm之間(平均約40μm);通常,炭粉越幼細(xì),它對雜質(zhì)的吸附速度越大。故常將活性炭產(chǎn)品進(jìn)行高度的破碎和篩選,得到微細(xì)的粉末。粉狀炭的缺點是再生比較困難,通常不再生使用,故消耗量較大(近年也有研究將它再生)。粒狀活性炭通常都再生使用,消耗量較少。它有不定型顆粒狀和柱狀顆粒兩種,粒度在0.5~4mm之間。前者是通過適當(dāng)?shù)钠扑楹秃Y選得到的,后者則是將原料通過造粒機(jī)壓制成型的。