活性炭的结构.pptxVIP

第1页/共278页活性炭的结构第2页/共278页第四章 活性炭的结构和性能第一节 、活性炭的基本概念第二节、活性炭的微结构第三节、活性炭的孔隙结构第四节、活性炭的化学结构第五节、活性炭的吸附性能第六节、活性炭的质量指标 第3页/共278页第一节 、活性炭的基本概念一、活性炭是什么?(定义)活性炭（AC: activated carbon）是由含碳材料制成的外观呈黑色，内部孔隙结构发达、表面积大，吸附能力强的一类微晶质碳素材料。分子式：C；分子量：12.011；熔点：3652℃；沸点：4827℃，3652℃升华。有多孔结构和对气体、蒸气或胶态固体有强大吸附本领的炭。每克的总表面面积可达500～1000平方米；密度为1.9～2.1；表观密度约0.08～0.45。含碳量10%～98%。第4页/共278页二、活性炭工业历史与现状活性炭工业历史：在公元前1550年埃及就用于医药，公元前2世纪印度用于滤水，长沙马王堆出土的汉墓木椁用木炭来吸潮、防腐，明朝李时珍在《木草纲目》中记述果核烧炭可治疗腹泻和肠胃病。到中世纪，木炭用于糖液脱色精制．以后发现骨炭有更大的脱色力，从19世纪中叫开始研究“用量少、效果好”的脱色吸附剂，活化炭的研究走上了轨道， 二十世纪初欧洲诞生了活性炭工业。第5页/共278页日本学者柳井弘提出，把活性炭工业的建立和发展分为四个时期：(1)、工业化前(1900年以前) 1856年已有用麦粉、焦油和MgCO3混合加热制脱色炭的，1868年开始用纸厂废物拌和磷酸烧制脱色炭。但这些都是在实验里完成的，工业化设备、材料、工程理论问题没能得到解决。 第6页/共278页谢勒(Sheele)在1773年、方塔纳(Fontana)在1777年分别发现木炭能吸附大量的气体及空气。1785年，洛维茨证实木炭能使某些液体脱色。这一发现导致木炭于1794年在英国精制糖厂中首次获得工业应用。18世纪末，人们首次发现木炭的吸附能力第7页/共278页 (2)、工业生产出现(1900-1925年)：1900-1901年，奥斯特雷杰科(Ostrejko)发发明了金属氯化物和植物原料混合来制造活性炭的两项专利。1909年以木炭为原料用气体法在欧洲开始生产粉状活性炭，1911年荷兰NORTE炭出售(后成为命名的糖用碳)，1911年在维也纳附近的Fanto工厂首次用水蒸气活化法生产出Eponit粉状炭，1913年又用氯化锌活化法生产出防毒面具用的粒状活性炭。第8页/共278页从20世纪初至20世纪中期，由于战争的原因，防毒面具用活性炭和糖厂用的脱色炭有很大发展。第二次世界大战开始后，要求可靠性更高的防毒面具，煤开始作为生产活性炭的原料，出现了压块、压伸工艺制造技术。第9页/共278页 (3)、成长期(1925-1950)，20年代初期在欧洲，活性炭的用途已扩大到矿物油、植物油和化学药品的精制。1926年以后，活性炭制法研究集中在荷兰，而理论方面研究集中在德国。1929年以后，在美国开始把粉状活性炭用于水处理(每年2000-3000 t)。这时原料使用相当广泛，扩展到用果壳、核、泥煤等。活化方法也多种多样，理论研究进一步深化。 第10页/共278页1938年布朗诺尔、埃米特、泰勒(Brunauer, Emmett, Teuer) 3人在朗格谬尔(Langmuir)动力学吸附理论的基础上，提出了多分子层吸附理论(简称BET理论)和著名的BET方程。1943年美国匹斯堡活性炭公司(现在的Calgoh公司)首次采用烟煤压块、水蒸气活化工艺制造军用活性炭。德国和日本采用挤压成型制造柱状活性炭。在此期间，基础性研究也有了一些进展。第11页/共278页(4)、新发展期(1950—1975年)。第二次世界大战后．活性炭工业的主导权己从欧洲转到美国，为保护环境和节省能源，活性炭用途已扩大到空气净化、废水处理、香烟滤嘴等方面、原料来源转向煤、石油。多层耙式炉、流动床炉等气体活化法逐步扩大，药品(氯化锌)活化法逐渐减少、再生技术提上日程，进入现代化工业水平。这时在美国活性炭的应用巳遍及17个行业，如自来水、工业用水净化，气体净化、分离，溶剂回收，制糖等。工业应用促使活性炭吸附理论和空隙结构研究有很大进展。 第12页/共278页苏联学者杜宾宁(Dubinin)等人发展了Polanyi的吸附势理论，提出了体积填充理论和计算活性炭孔分布的D-R ( Dubinin-Radushkevioh)和D-A (Dubinin-Astakhor)方程，成为当今人们研究活性炭孔结构的重要理论和方法。第13页/共278页从20世纪70年代初开始，随着现代工业和环境科学的发展，出现了许多活性炭新品种和新应用，如球形炭、浸渍炭、纤维活性碳等。活性炭的产量和质量也在不断提高，至80年代末全世界活性炭年销售量约