活性炭化学组成详解.pptVIP

活性炭化学组成 元素组成 活性炭吸附特性不仅和它的孔结构有 关，而且与它的化学组成也有密切关系。活 性炭所含主要元素是碳，一般含量在90%-95% 左右。氧和氢大部分是以化学键和碳原子相 结合形成有机官能团，氧含量为4%-5%，氢 含量在1%-2%左右。 活性炭的表面官能团 在制备活性炭的活化反应中，微孔进一步扩大形成了许多大小不同的孔隙，孔隙表面一部分被烧掉，化学结构出现了缺陷或不完整，此外由于灰分及其他杂原子的存在，使活性炭的基本结构产生缺陷和不饱和键，使氧和其他杂原子吸附于这些缺陷上与层面和边缘上的碳反应形成的各种键，以至形成各种表面功能基团，因而使活性炭产生了各种各样的吸附性能。 活性炭的表面官能团 对活性炭的吸附性质产生重要影响的化学基团主要是含氧官能团和含氮官能团。 Boehm等又把活性炭的表面官能团分成三组：酸性、碱性和中性。酸基团为羧基（－COOH）、羟基（-OH）和羰基（-C＝O）；碱性基团为-CH2或-CHR基；-CH2或-CHR基能与强酸和氧反应；中性基团为醌型羰基。 Boehm滴定法 采用Boehm滴定法，可以对活性炭的表面含氧官能团进行定量分析。一般认为NaHCO3仅中和炭表面的羧基，Na2CO3可中和炭表面的羧基和内酯基，而NaOH可中和炭表面的羧基、内酯基和酚羟基。根据碱的消耗量的不同，可以计算出相应官能团的量。 泽塔电位 X射线光电子能谱 XPS（X-ray photoelectron spectroscopy) 是一种有效的检测表面化学结构的分析手段。 光电效应 价电子、内层电子结合能 X射线光电子能谱 X射线光电子能谱 傅立叶红外变换光谱 FT-IR (Fourier transform infrared spectroscopy) 程序升温脱附 Temperature programmed desorption (TPD) 活性炭的性能检测 物理性能检测 水分、灰分、挥发份、固定碳、强度（耐磨、抗碎）等。 强度 旋转、打击组合 耐磨、抗碎 ％ 装填密度 100ml量筒 g/cm3 漂浮率 液相漂浮 % 活性炭的性能检测 吸附性能检测 碘值 微孔的表征 生产中应用最广 mg/g 亚甲基蓝 中孔的表征 分光光度计 mg/g 四氯化碳吸附率 气相吸附能力 ％ 一定温度条件下，一定四氯化碳蒸汽浓度通过活性炭床层，60min/15min 饱和 此外，水容量、苯酚、饱和硫容量、穿透硫容量、防护时间等。 分子探针－模型化合物 活性炭的性能检测 化学性能检测 工业分析 元素分析 有害杂质 pH值、水溶物含量、酸溶铁、重金属、微量元素等 其它 活性炭的制备－原材料选择 制备活性炭的原材料非常广泛，主要可分为三大类：植物类、矿物类和树脂类。植物类原材料有：木材、果壳、农业废弃物等；矿物类原材料有：煤、石油焦等；树脂类原料主要有：酚醛树脂等。对煤焦油、废旧轮胎等工业废弃物进行适当处理也可以生产出具有一定吸附能力的活性炭，还可以解决城市中部分废弃物的处理问题，具有重要环保意义，并能创造出一定的经济效益 活性炭的制备－制备方法 活性炭的制备－炭化 炭化可以去除小分子有机物及挥发分，得到适宜于活化的初始孔隙和具有一定机械强度的炭化料。炭化实质是原材料中有机物的热解过程，包括热分解反应和缩聚反应。 F.Rodriguez-Reinoso 认为，植物类原材料(如椰壳、橄榄核等)的炭化过程可大致分为三个阶段： ①在300 K -470 K温度范围内脱水； ② 470 K-770 K时初步热解，大部分气体和焦油挥发出来，形成基本 炭框架； ③770 K-1120 K时炭架结构强化，并有微小失重。随着炭化温度升 高，烧失率显著增加，同时颗粒也在收缩，炭化料堆密度略有降低 。 活性炭的制备－活化 物理活化法 用合适的氧化性气体（水蒸气、二氧化碳、氧气或空气）对炭化物进行活化处理，通过开孔、扩孔和创造新孔，形成发达的孔隙结构。一般活化过程中发生如下反应： C+H2O=H2+CO（△H=117KJ/mol） C+CO2=2CO（△H=159KJ/mol） 通过上述两反应消耗碳原子，从而创造出丰富的微孔。 活性炭的制备－活化 物理活化