活性炭吸附法

吸附是一種物質附著在另一種物質表面上的緩慢作用過程。吸附是一種界面現象，其與表面張力、表面能的變化有關。引起吸附的推動能力有兩種，一種是溶劑水對疏水物質的排斥力，另一種是固體對溶質的親和吸引力。廢水處理中的吸附，多數是這兩種力綜合作用的結果。活性炭的比表面積和孔隙結構直接影響其吸附能力，在選擇活性炭時，應根據廢水的水質通過試驗確定。對印染廢水宜選擇過渡孔發達的炭種。此外，灰分也有影響，灰分愈小，吸附性能愈好；吸附質分子的大小與炭孔隙直徑愈接近，愈容易被吸附；吸附質濃度對活性炭吸附量也有影響。在一定濃度範圍內，吸附量是隨吸附質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，隨pH值的降低而增大。故低水溫、低pH值有利於活性炭的吸附。

活性炭的吸附作用

吸附是指液體或氣體附著集中於固體表面的作用，一般的活性炭都能發生這種作用。吸附與吸收不同，吸收是指讓液體或氣體進入固體的內部的原子結構中，但活性碳並不具備這樣的能力，它的吸附作用只是一個表面現象，所以只發生於它的表面。

吸附作用的形成，主要來自倫敦色散力，這也是另一種凡得瓦力的表現形式。此種力普遍存在於不具有永久性偶極矩的分子之間，它是一種自然的吸引力。只要分子足夠靠近，都會很自然產生這種作用力。凡是能利用此種力把物質吸住的作用，我們稱為物理吸附。此種作用力與溫度無關，因此不受溫度之影響。

倫敦分散力必須在炭表面與被吸附分子之間達到作用的距離之後才會發生，該力的大小涉及被吸附分子中所有相關原子與活性炭表面碳原子密切接觸的程度。如果接觸的程度越高，則該力越大，同時活性炭對該分子的吸附能力也越強。

回顧百年來世界活性炭應用的歷史，不妨粗略劃分為三個階段：

(1)第一階段，從20世紀初到約20世紀20年代為萌芽階段:

(2)第二階段，從約20世紀20年代中期為中期為成長階段;

(3)第三階段，從20世紀中期到20世紀末期為發展階段，發展成為環保大應用階段。

這三個階段可用活性炭應用歷程中兩件歷史性大事。作為劃分的界限。

歷史大事件

第一件大事使活性炭防毒面具，在20世紀20年代在第一次世界大戰中的應用。可以次作為劃分活性炭應用歷史的第一階段和第二階段的界限。

活性炭在初期主要應用使粉炭在糖業中逐步代替了原來的骨炭。在20世紀20年代的第一次世界大戰中出現的顆粒大量應用於防毒面具。這是工業化學史輝煌的一頁。當時荷蘭的Norit和捷克斯洛伐克、德國=法國=瑞士等國的製造商和批發商曾成立一個聯合公司，說明在歐洲萌芽的活性炭也是廣為看好的新興產業。

中國活性炭在應用歷史

我國活性炭在應用歷史簡分為三個階段。

(1)第一階段使20世紀40年代以前，我國製藥工業、化學工業中使用活性炭量大，都用進口貨，例如用Carboraffin牌的活性炭。

(2)第二階段自20世紀50年代初開始，國產活性炭上市。1951年瀋陽和撫順的單管爐廠、青島的反射爐悶燒法廠、上好的電熱活化法廠，接著有氯化鋅活化法廠，1958年福建、杭州、廣州、煙台、東北等地紛紛建廠，1966年太原開創斯列普活化法廠，隨後我國陸續開設數以百計的斯列普爐廠。此外，還有不少的轉爐、粑式爐等工廠。總生產能力從1951年的三五十噸猛增到20世紀80年代的近十萬噸。

(3)生產與應用相互促進，活性炭的應用範圍被迅速開拓。從原來單一的通用炭向多種的專用炭發展，例如凈水炭、糖炭、味精炭、油脂炭、黃金炭、載體炭、藥用炭、針劑炭、試劑炭等等，足見活性炭因國內經濟蒸蒸日上而應用量速增，又因產量擴大、成本降低而使出口量上升。我國活性炭的應用，不僅在國內市場發展，而且進入了國際市場。

活性炭是一種很細小的炭粒 有很大的表面積，而且炭粒中還有更細小的孔——毛細管。這種毛細管具有很強的吸附能力，由於炭粒的表面積很大，所以能與氣體（雜質）充分接觸。當這些氣體（雜質）碰到毛細管被吸附，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據只有採用BET方法檢測出來的結果才是真實可靠的，國內外比表面積測試統一採用多點BET法，國內外製定出來的比表面積測定標準都是以BET測試方法為基礎的，請參看我國國家標準（GB/T 19587-2004）-氣體吸附BET原理測定固態物質比表面積的方法。比表面積檢測其實是比較耗費時間的工作，由於樣品吸附能力的不同，有些樣品的測試可能需要耗費一整天的時間，如果測試過程沒有實現完全自動化，那測試人員就時刻都不能離開，並且要高度集中，觀察儀錶盤，操控旋鈕，稍不留神就會導致測試過程的失敗，這會浪費測試人員很多的寶貴時間。F-Sorb 2400比表面積測試儀是真正能夠實現BET法檢測功能的儀器（兼備直接對比法），更重要的F-Sorb 2400比表面積測試儀是迄今為止國內唯一完全自動化智能化的比表面積檢測設備，其測試結果與國際一致性很高，穩定性也很好，同時減少人為誤差，提高測試結果精確性。

①活性炭吸附劑的性質

活性炭的比表面積越大，吸附能力就越強；活性炭是非極性分子，易於吸附非極性或極性很低的吸附質；活性炭吸附劑顆粒的大小，細孔的構造和分佈情況以及表面化學性質等對吸附也有很大的影響。

②吸附質的性質

取決於其溶解度、表面自由能、極性、吸附質分子的大小和不飽和度、附質的濃度等

③廢水PH值

活性炭一般在酸性溶液中比在鹼性溶液中有較高的吸附率。

PH值會對吸附質在水中存在的狀態及溶解度等產生影響，從而影響吸附效果。

④共存物質

共存多種吸附質時，活性炭對某種吸附質的吸附能力比只含該種吸附質時的吸附能力差

⑤溫度

溫度對活性炭的吸附影響較小

⑥接觸時間

應保證活性炭與吸附質有一定的接觸時間，使吸附接近平衡，充分利用吸附能力。

活性炭化學性

活性炭的吸附除了物理吸附，還有化學吸附。活性炭的吸附性既取決於孔隙結構，又取決於化學組成。

如何客觀地評價活性炭的優劣？根據活性炭處理對象和應用於不同的工藝情況，確定是選用煤質活性炭還是木質活性炭，是選用顆粒活性炭還是粉末活性炭，並收集活性炭基本資料，如碘值、亞甲藍、強度、孔隙率、漂浮率、灰分、粒度、水分、堆重等。除了《凈水用煤質顆粒活性炭》GB/T7701.4-1997國家標準的部分指標值，此外還應收集企業的經營狀況，如年產量、年產值、企業規模、經營管理水平、生產工藝、工程業績等，在價格適中的同時考慮貨源充足，來源方便，進行初步評價。

確定活性炭吸附性能及物化性能指標值

在活性炭評價體系中應納入以下活性炭評價指標：碘值(碘值越大，炭粒越多，強度越低。很多研究結果表明，碘值與出水水質並沒有必然的聯繫)、亞甲藍吸附值、丹寧酸吸附值、腐殖酸吸附值、強度、有效粒徑、均勻係數、灰分、水分、漂浮物、比表面積、孔容積、pH值、堆重，以確定活性炭吸附性能和理化性能的優劣。

1.活性炭吸附容量

活性炭吸附容量主要是以Freundrich方程作為評價依據：在Freundrich吸附等公式中，k值是表徵活性炭吸附容量的一個參數，k值越大，吸附容量越大。1/n是吸附容量指數，反映隨著濃度的增加，活性炭吸附容量增加的速度，1/n越高則在高濃度時吸附容量越大，而在低濃度時吸附容量顯著降低，如果1/n越小則從低濃度到高濃度都比較容易吸附。活性炭用於給水處理，有機物濃度偏低，因此1/n不宜過大，且當1/n>2的活性炭，物質則難於被吸附。

2.活性炭動態吸附容量

活性炭動態過濾試驗是選擇飲用水用活性炭的重要依據之一。活性炭動態過濾試驗充分結合了當地原水水質特徵，進行活性炭對有機物去除效果比較，是較為科學的一種方式。我們可以根據活性炭過濾吸附試驗計算出單位質量活性炭的動態吸附容量、活性炭處理水量倍數、活性炭穿透時間、水頭損失、反衝頻率等。

3.綜合評價指標

根據活性炭動態過濾試驗結果與不同活性炭性能指標的相關性，對活性炭不同性能指標與對應的相關係數進行加權計算，並建立綜合評價指標體系，建立自來水用煤質顆粒活性炭技術通用規範，現行自來水公司也進行了大量的研究工作。

4.經濟評價分析

在活性炭評價體系中，還應納入投資經濟成本、運行費用、活性炭再生得率、活性炭企業的技術實力、經營狀況、管理水平等參數。

在油庫，當油罐車裝載汽油的時候，原來空油罐里的油氣和空氣與裝載的液態產品揮發的油氣相混合，這種混合氣體被裝載入油罐的產品所代替。隨著液體注滿空的油罐車，液體把空氣和油氣從油罐頂部擠出，通過一根油氣軟管進入集汽管道系統。油氣通過集汽管道系統流入一個汽液分離器。該汽液分離器能從油氣中分離出液態汽油，還能用泵抽回油罐。之後完全不帶液體的油氣流入油氣回收系統。

進入油氣回收系統之後，油氣進入兩個吸附塔中的一個。每個吸附塔都裝滿了特殊的活性炭。空氣－油氣混合氣體中的碳氫化合物被吸到活性炭粒子表面，並在大氣條件下停留在那裡。混合氣體中的空氣成分不受活性炭的影響，通過活性炭之後進入大氣，中間不再摻雜碳氫化合物。在吸附過程中，特殊的活性炭利用表面動能的動力吸引碳氫化合物，油氣回收裝置使用的特殊活性炭，它有很大的表面吸收面積。這麼大的表面面積使每公斤活性炭可吸附多達0.5公斤碳氫化合物。

當空氣－碳氫化合物混合氣體通過巨大的吸收表面之後，碳氫化合物被吸引到活性炭表面，並停留在這裡直到出現更大的反向力。這種吸引的現象叫做“吸附”。

油氣回收的多為木質球炭，粒徑規格為 6-8目或者 20-40目。