活性炭是一種常用的吸附劑、催化劑或催化劑載體，在水處理過程中當(dāng)有著廣泛的應(yīng)用，那么如何選擇活性炭？我們來一起分析一下！
1、什么是活性炭？
活性炭是一種含碳材料制成的外觀呈黑色，內(nèi)部孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)達(dá)，比表面積大、吸附能力強(qiáng)的一類微晶質(zhì)碳素材料，是一種常用的吸附劑、催化劑或催化劑載體。活性炭按原料來源可分為：木質(zhì)活性炭、果殼活性炭、獸骨/血活性炭、礦物原料活性炭、合成樹脂活性炭、橡膠/塑料活性炭、再生活性炭等；活性炭按外觀形態(tài)可分為：粉狀、顆粒狀、不規(guī)則顆粒狀、圓柱形、球形和纖維狀等。活性炭的應(yīng)用極其廣泛，其用途幾乎涉及所有的國民經(jīng)濟(jì)部門和人們?nèi)粘Ｉ睿缢|(zhì)凈化、黃金提取、糖液脫色、藥品針劑提煉、血液凈化、空氣凈化、人體安全防護(hù)等。
2、活性炭的成分及制作
活性炭材料是經(jīng)過加工處理所得的無定形碳，具有很大的比表面積，對氣體、溶液中的無機(jī)或有機(jī)物質(zhì)及膠體顆粒等都有良好的吸附能力。活性炭材料主要包括活性炭（activated carbon ， a c ）和活性炭纖維（activated carbon fibers， acf ）等。活性炭材料作為一種性能優(yōu)良的吸附劑，主要是由于其具有獨(dú)特的吸附表面結(jié)構(gòu)特性和表面化學(xué)性能所決定的。活性炭材料的化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，機(jī)械強(qiáng)度高，耐酸、耐堿、耐熱，不溶于水與有機(jī)溶劑，可以再生使用，已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于化工、環(huán)保、食品加工、冶金、藥物精制、軍事化學(xué)防護(hù)等各個領(lǐng)域 。目前，改性活性炭材料被廣泛用于污水處理、大氣污染防治等領(lǐng)域，在治理環(huán)境污染方面越來越顯示出其誘人的美好前景。
活性炭80%-90%以上由碳元素組成，這也是活性炭為疏水性吸附劑的原因。除了碳元素外，還包含有兩類摻和物：一類是化學(xué)結(jié)合的元素，主要是氧和氫，這些元素是由于未完全炭化而殘留在炭中，或者在活化過程中，外來的非碳元素與活性炭表面化學(xué)結(jié)合，如用水蒸氣活化時(shí)，活性炭表面被氧化或水蒸氣氧化；另一類摻和物是灰分，它是活性炭的無機(jī)部分。
活性炭的主要原料幾乎可以是所有富含碳的有機(jī)材料，如煤、木材、果殼、椰殼、核桃殼、杏殼、棗殼等。這些含碳材料在活化爐中，在高溫和一定壓力下通過熱解作用被轉(zhuǎn)換成活性炭。在此活化過程中，巨大的表面積和復(fù)雜的孔隙結(jié)構(gòu)逐漸形成， 而所謂的吸附過程正是在這些孔隙中和表面上進(jìn)行的，活性炭中孔隙的大小對吸附質(zhì)有選擇吸附的作用，這是由于大分子不能進(jìn)入比它孔隙小的活性炭孔徑內(nèi)的緣故。活性炭是由含炭為主的物質(zhì)作原料，經(jīng)高溫炭化和活化制得的疏水性吸附劑。活性炭含有大量微孔，具有巨大無比的表面積，能有效地去除色度、臭味，可去除二級出水中大多數(shù)有機(jī)污染物和某些無機(jī)物，包含某些有毒的重金屬。
3、活性炭的原理
3.1、過濾原理
活性炭過濾器是將水中懸浮狀態(tài)的污染物進(jìn)行截留的過程，被截留的懸浮物充塞于活性炭間的空隙。濾層孔隙尺度以及孔隙率的大小，隨活性炭料粒度的加大而增大。即活性炭粒度越粗，可容納懸浮物的空間越大。其表現(xiàn)為過濾能力增強(qiáng)，納污能力增加，截污量增大。同時(shí)，活性炭濾層孔隙越大，水中懸浮物越能被更深地輸送至下一層活性炭濾層，在有足夠保護(hù)厚度的條件下，懸浮物可以更多地被截留，使中下層濾層更好地發(fā)揮截留作用，機(jī)組截污量增加。
從嚴(yán)格的理論上講，活性炭所具有的對懸浮物的截留能力來自活性炭所提供的表面積。流速低時(shí)，機(jī)組的過濾能力主要地來自活性炭的篩除作用，而流速快時(shí)，過濾能力來自活性炭顆粒表面的吸附作用，在過濾過程中活性炭所提供的顆粒表面積越大，對水中懸浮物的附著力越強(qiáng)。
3.2、吸附原理
根據(jù)吸附過程中活性炭分子和污染物分子之間作用力的不同，可將吸附分為兩大類：物理吸附和化學(xué)吸附（又稱活性吸附）。在吸附過程中，當(dāng)活性炭分子和污染物分子之間的作用力是范德華力（或靜電引力）時(shí)稱為物理吸附；當(dāng)活性炭分子和污染物分 子之間的作用力是化學(xué)鍵時(shí)稱為化學(xué)吸附。物理吸附的吸附強(qiáng)度主要與活性炭的物理性質(zhì)有關(guān)，與活性炭的化學(xué)性質(zhì)基本無關(guān)。由于范德華力較弱，對污染物分子的結(jié)構(gòu)影響不大，這種力與分子間內(nèi)聚力一樣，故可把物理吸附類比為凝聚現(xiàn)象。物理吸附時(shí)污染物的化學(xué)性質(zhì)仍然保持不變。
由于化學(xué)鍵強(qiáng)，對污染物分子的結(jié)構(gòu)影響較大，故可把化學(xué)吸附看做化學(xué)反應(yīng)，是污染物與活性炭間化學(xué)作用的結(jié)果。化學(xué)吸附一般包含電子對共享或電子轉(zhuǎn)移，而不是簡單的微擾或弱極化作用，是不可逆的化學(xué)反應(yīng)過程。物理吸附和化學(xué)吸附的根本區(qū)別在于產(chǎn)生吸附鍵的作用力。
吸附過程是污染物分子被吸附到固體表面的過程，分子的自由能會降低，因此，吸附過程是放熱過程，所放出的熱稱為該污染物在此固體表面上的吸附熱。由于物理吸附和化學(xué)吸附的作用力不同，它們在吸附熱、吸附速率、吸附活化能、吸附溫度、選擇性、吸附層數(shù)和吸附光譜等方面表現(xiàn)出一定的差異。活性炭吸附技術(shù)在國內(nèi)用于醫(yī)藥、化工和食品等工業(yè)的精制和脫色已有多年歷史。20世紀(jì)70年代開始用于工業(yè)廢水處理。生產(chǎn)實(shí)踐表明，活性炭對水中微量有機(jī)污染物具有卓越的吸附性，它對紡織印染、染料化工、食品加工和有機(jī)化工等工業(yè)廢水都有良好的吸附效果。一般情況下，對廢水中以bod、cod等綜合指標(biāo)表示的有機(jī)物，如合成染料、表面性劑、酚類、苯類、有機(jī)氯、農(nóng)藥和石油化工產(chǎn)品等，都有獨(dú)特的去除能力。所以，活性炭吸附法已逐步成為工業(yè)廢水二級或三級處理的主要方法之一。
吸附是一種物質(zhì)附著在另一種物質(zhì)表面上的緩慢作用過程。吸附是一種界面現(xiàn)象，其與表面張力、表面能的變化有關(guān)。引起吸附的推動能力有兩種，一種是溶劑水對疏水物質(zhì)的排斥力，另一種是固體對溶質(zhì)的親和吸引力。廢水處理中的吸附，多數(shù)是這兩種力綜合作用的結(jié)果。活性炭的比表面積和孔隙結(jié)構(gòu)直接影響其吸附能力，在選擇活性炭時(shí)，應(yīng)根據(jù)廢水的水質(zhì)通過試驗(yàn)確定。對印染廢水宜選擇過渡孔發(fā)達(dá)的炭種。此外，灰分也有影響，灰分愈小，吸附性能愈好；吸附質(zhì)分子的大小與炭孔隙直徑愈接近，愈容易被吸附；吸附質(zhì)濃度對活性炭吸附量也有影響。在一定濃度范圍內(nèi)，吸附量是隨吸附質(zhì)濃度的增大而增加的。另外，水溫和ph值也有影響。吸附量隨水溫的升高而減少。
4、活性炭的特性
4.1、吸附特性
活性炭吸附法是利用多孔性的活性炭，使水中一種或多種物質(zhì)被吸附在活性炭表面而去除的方法，去除對象包括溶解性的有機(jī)物質(zhì)，合成洗滌劑、微生物、病毒和一定量的重金屬，并能夠脫色、除臭、空氣凈化。
活性炭、磺化煤、沸石、焦炭等都是水處理常用的吸附劑，活性炭經(jīng)過活化后碳晶格形成形狀和大小不一的發(fā)達(dá)細(xì)孔，大大增加比表面積，提高吸附能力。活性炭的細(xì)孔有效半徑一般為1-10000nm，小孔半徑在2nm以下，過渡孔半徑一般為2-100nm，大孔半徑為100-10000nm。小孔容積一般為0.15-0.90ml/g，過渡孔面積一般為0.02-0.10ml/g；大孔容積一般為0.2-0.5ml/g。
活性炭是一種很細(xì)小的炭粒，有很大的表面積，而且炭粒中還有更細(xì)小的孔——毛細(xì)管。這種毛細(xì)管具有很強(qiáng)的吸附能力，由于炭粒的表面積很大，所以能與氣體（雜質(zhì)）充分接觸。當(dāng)這些氣體（雜質(zhì)）碰到毛細(xì)管被吸附，起凈化作用。活性炭的表面積研究是非常重要的，活性炭的比表面積檢測數(shù)據(jù)只有采用bet方法檢測出來的結(jié)果才是真實(shí)可靠的，國內(nèi)有很多儀器只能做直接對比法的檢測。現(xiàn)階段國內(nèi)外比表面積測試統(tǒng)一采用多點(diǎn)bet法，國內(nèi)外制定出來的比表面積測定標(biāo)準(zhǔn)都是以bet測試方法為基礎(chǔ)的，請參看中國國家標(biāo)準(zhǔn)（gb/t 19587-2004）-氣體吸附bet原理測定固態(tài)物質(zhì)比表面積的方法。
比表面積檢測其實(shí)是比較耗費(fèi)時(shí)間的工作，由于樣品吸附能力的不同，有些樣品的測試可能需要耗費(fèi)一整天的時(shí)間，如果測試過程沒有實(shí)現(xiàn)完全自動化，那測試人員就時(shí)刻都不能離開，并且要高度集中，觀察儀表盤，操控旋鈕，稍不留神就會導(dǎo)致測試過程的失敗，這會浪費(fèi)測試人員很多的寶貴時(shí)間。f-sorb 2400比表面積測試儀是真正能夠?qū)崿F(xiàn)bet法檢測功能的儀器（兼?zhèn)渲苯訉Ρ确ǎ?，更重要的f-sorb 2400比表面積測試儀是迄今為止國內(nèi)唯一完全自動化智能化的比表面積檢測設(shè)備，其測試結(jié)果與國際一致性很高，穩(wěn)定性也很好，同時(shí)減少人為誤差，提高測試結(jié)果精確性。
影響活性炭吸附的因素有：活性炭的特性；被吸附物的特性和濃度；廢水的ph值；懸浮固體含量等特性；接觸系統(tǒng)及運(yùn)行方式等。活性炭能有效吸附氯代烴、有機(jī)磷和氨基甲酸酯類殺蟲劑，還能吸附苯醚、正硝基氯苯、萘、乙烯、二甲苯酚、苯酚、ddt、艾氏劑、烷基苯磺酸及許多酯類 和芳烴化合物。二級出水中也含有不被活性炭吸附的有機(jī)物，如蛋白質(zhì)的中間降解物質(zhì)，比原有的有機(jī)物更難被活性炭吸附，活性炭對thms的去除能力較低，僅達(dá)到23-60%。活性炭吸附法與其他處理方法聯(lián)用，出現(xiàn)了臭氧-活性炭法、混凝-吸附活性炭法、habberer工藝、活性炭-硅藻土法等，使活性炭的吸附周期明顯延長，用量減少，處理效果和范圍大幅度提高。
4.2、化學(xué)特性
活性炭的吸附除了物理吸附，還有化學(xué)吸附。活性炭的吸附性既取決于孔隙結(jié)構(gòu)，又取決于化學(xué)組成。
活性炭不僅含碳 ，而且含少量的化學(xué)結(jié)合、功能團(tuán)開工的氧和氫，例如羰基、羧基、酚類、內(nèi)酯類、醌類、醚類。這些表面上含有的氧化物和絡(luò)合物，有些來自原料的衍生物，有些是在活化時(shí)、活化后由空氣或水蒸氣的作用而生成。有時(shí)還會生成表面硫化物和氯化物。在活化中原料所含礦物質(zhì)集中到活性炭里成為灰分，灰分的主要成分是堿金屬和堿土金屬的鹽類，如碳酸鹽和磷酸鹽等。
4.3、機(jī)械特性
1、粒度：采用一套標(biāo)準(zhǔn)篩篩分法，求出留在和通過每只篩子的活性炭重量，表示粒度分布。
2、靜觀密度或堆密度：應(yīng)是孔隙容積和顆粒間空隙容積的單位體積活性炭的重量。
3、體積密度和顆粒密度：應(yīng)是孔隙容積而不應(yīng)是顆粒間空隙容積的單位體積活性炭的重量。
4、強(qiáng)度：即活性炭的耐破碎性。
5、耐磨性：即耐磨損或抗磨擦的性能。
這些機(jī)械性質(zhì)直接影響活性炭應(yīng)用，例如：密度影響容器大小；粉炭粗細(xì)影響過濾；粒炭粒度分布影響流體阻力和壓降；破碎性影響活性炭使用壽命和廢炭再生。
5、活性炭的分類
5.1、按原料來源分：
1、木質(zhì)活性炭2、獸骨 / 血活性炭3、礦物質(zhì)原料活性炭4、其它原料的活性炭5、再生活性炭
5.2、按制造方法分：
1、化學(xué)法活性炭（化學(xué)炭）2、物理法活性炭（物理炭）3、化學(xué)–物理法或物理–化學(xué)法活性炭
5.3、按外觀形狀分：
1、粉狀活性炭2、顆粒活性炭3、不定型顆料活性炭4、圓柱形活性炭5、球形活性炭6、其它形狀的活性炭
5.4、按孔徑分：
1、大孔：孔徑》1000a°2、過渡孔：孔徑20 ～1000a°3、微孔：孔徑《 20a°活性炭的表面積主要是由微孔提供的，
5.5、按材質(zhì)分類：
1、種類：原料2、木質(zhì)活性炭：以木屑、木炭等制成的活性炭3、果殼活性炭：以椰子殼、核桃殼、杏核殼等制成的活性炭 煤質(zhì)活性炭 以褐煤、泥煤、煙煤、無煙煤等制成的活性炭 石油類活性炭 例如以瀝青等為原料制成的瀝青基球狀活性炭 再生炭 以用過的廢炭為原料，進(jìn)行再活化處理的再生活性炭。
6、活性炭的技術(shù)指標(biāo)
注：選用優(yōu)質(zhì)木炭和木屑為原料，采用物理法和化學(xué)法精制而成。產(chǎn)品為黑色粉末狀，無毒無味，孔隙發(fā)達(dá)，不含對水質(zhì)有不良影響的水中溶解物。具有吸附能力強(qiáng)、脫色效果佳、過濾速度快等優(yōu)點(diǎn)。能有效吸附液相中大小分子結(jié)構(gòu)不良物質(zhì)，廣泛應(yīng)用于生活污水、化工污水、醫(yī)用污水及城市污水等各種類型的污水，特別是對污水的脫色、除味，降cod等有絕佳的效果。
7、水處理活性炭的選型
好的活性炭必須具有吸附容量大、使用壽命長、機(jī)械強(qiáng)度高、灰份低、易沖洗、出水水質(zhì)好等特點(diǎn)，它不但能除去異臭、異味、提高色度，而且對水中的各種有毒有害物質(zhì)如：氯、酚、汞、鉛、砷、氯化物、洗滌劑、農(nóng)藥、化肥等污染物具有很高的去除率。
具體主要技術(shù)指標(biāo)如下：
1、粒度（10—24目2.0—0.8mm ）：≥95%
說明：通常來說，顆粒越小的活性炭，比表面積越大，也就是吸附效果越好，但是顆粒越小，損耗也會越大，粉塵也會越多。
2、碘吸附值：≥1000mg/g
說明：一般來說碘吸附值越高，活性炭的吸附能力越強(qiáng)。
3、比表面積：1000—1200m2/g
說明：若取1克活性炭，將里面所有的孔壁都展開成一個平面，這個面積將達(dá)到1000平方米（既比表面積為1000g/m2）！影響活性炭吸附性的主要因素就取決于內(nèi)部孔隙結(jié)構(gòu)的發(fā)達(dá)程度。（既比表面積越大，活性炭的吸附效果越好）。
4、亞甲蘭脫色力：≥10ml/g
說明：除色能力。
5、耐磨強(qiáng)度：≥95%
說明：即耐磨損或抗磨擦的性能；強(qiáng)度越高，活性炭性能越好。
6、干燥減量：≤10%
說明：干燥減量及指水分，此值越低，活性炭質(zhì)量越好。
7、灼燒殘?jiān)骸?%
說明：灼燒殘?jiān)爸富曳郑酥翟降停钚蕴抠|(zhì)量越好。
8、充填比重：0.48—0.55g/ml
說明：充填比重及指密度，一般密度越小，活性炭的吸附力越好。
9、ph值：6—8
內(nèi)容來源:環(huán)保工程師
