催化劑提供一個(gè)高濃度的場(chǎng)所，有利于催化的進(jìn)行[23.24]。
活性炭的其他應(yīng)用
隨著研究的逐漸深入，活性炭在其他領(lǐng)域出現(xiàn)一些特殊的應(yīng)用，它的開發(fā)和利用給我們的生活帶來(lái)了許多積極的效果。
①藥用、醫(yī)用:活性炭作為高吸附材料，可以吸附藥物，口服進(jìn)入人體后緩釋藥物成分，降低服藥頻率;也可將活性炭用做劑和降血脂藥物等。如治療胃腸失調(diào)、腹部膿毒癥、血液過(guò)濾、血液滲析等用于吸附對(duì)于人體有害有毒的物質(zhì)。
②金屬的精選:如利用其與氫氧化鋁和氫氧化鐵混合物共同沉淀可以從海水中分離鈾。
③煙氣過(guò)濾凈化:香煙和煙斗的過(guò)濾嘴。
④分析技術(shù):如高真空技術(shù)中用來(lái)吸附痕量殘余氣體。⑤溫度控制:用來(lái)制造吸附恒溫器和獲取低溫。
⑥農(nóng)林種植:用于緩釋土壤中的農(nóng)肥和農(nóng)藥，改良土壤，調(diào)理土壤性能，提高土質(zhì)和地溫。
能源領(lǐng)域:用作儲(chǔ)氫材料，作為電池、超級(jí)電容器的電極材料。
活性炭基本上是非結(jié)晶性碳，它由微細(xì)的石墨狀微晶和將它們連接在一起的碳?xì)浠衔锊糠纸M成?；钚蕴砍醯脑先缒静?、煤等，經(jīng)炭化、活化等過(guò)程后，活性炭中部分碳原子之間已形成了微晶碳(活性炭的基本結(jié)晶)，但是其面網(wǎng)結(jié)構(gòu)卻沒有采取石墨那樣規(guī)則性的積層結(jié)構(gòu)，而是形成圖1-1(b)那樣的亂層結(jié)構(gòu)。除微晶碳外，活性炭前驅(qū)體經(jīng)炭化、活化等過(guò)程后仍然有部分未晶化的碳，活性炭被認(rèn)為是由微晶群和其他未組成平行層的單個(gè)網(wǎng)狀平面以及無(wú)規(guī)則碳組成的多相物質(zhì)。
目前，在X射線衍射分析的基礎(chǔ)上，已發(fā)現(xiàn)活性炭的微晶碳有兩種不同的結(jié)構(gòu)，一種是類石墨結(jié)構(gòu)的微晶碳，其大小隨炭化溫度而變化，大小約由三個(gè)平行的石墨層所組成，其寬度約為一個(gè)碳六角形的九倍，它與石墨相比，微晶碳中平面面網(wǎng)之間排列不整齊，稱為“亂層結(jié)構(gòu)”，與石墨結(jié)構(gòu)的比較如圖1-1所示;另外一種微晶碳是由于石墨網(wǎng)結(jié)構(gòu)之間的軸向不同，面網(wǎng)之間的間距也不整齊，或石墨層間扭曲，可能因雜原子(如氧、氮等)的進(jìn)入而穩(wěn)定，碳六面網(wǎng)被空間交聯(lián)而形成無(wú)序的結(jié)構(gòu)。Riley認(rèn)為，在大部分碳材料中(包括活性炭)均含有這兩種結(jié)構(gòu)類型，而活性炭的終特性則取決于它是以哪種類型的結(jié)構(gòu)為主。
富蘭克林把除金剛石以外的碳素物質(zhì)分為容易石墨化的易石墨化碳素和難
制備活性炭物理法通常指氣體活化法，是以水蒸氣、煙道氣(水蒸氣、CO2、N?等的混合氣)、CO:或空氣等作為活化氣體，在800~1000℃的高溫下與已經(jīng)過(guò)炭化的原材料接觸進(jìn)行活化的過(guò)程。在這個(gè)過(guò)程中，具有氧化性的活化氣體在高溫下侵蝕炭化料的表面，使炭化料中原有閉塞的孔隙重新開放并進(jìn)一步擴(kuò)大，某些結(jié)構(gòu)因選擇性氧化而產(chǎn)生新的孔隙，同時(shí)焦油和未炭化物等也被除去，終得到活性炭產(chǎn)品。由于物理法通常采用氣體作為活化劑，工藝流程相對(duì)簡(jiǎn)單，產(chǎn)生的廢氣以CO2和水蒸氣為主，對(duì)環(huán)境污染小，而且終得到的活性炭產(chǎn)品比表面積高，孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)達(dá)，應(yīng)用范圍廣，因此在活性炭生產(chǎn)廠家中70%以上都采用物理法生產(chǎn)活性炭。下面對(duì)物理活化法的機(jī)理、工藝流程、裝置設(shè)備及國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀等進(jìn)行具體闡述。
原料炭化
物理法制備活性炭需要先將原料在400~600℃下進(jìn)行炭化處理，使原料中碳元素以外的主要元素(氫、氧等)以氣體形式脫除，通過(guò)CO:、CO 的形式也可使一部分碳元素釋放出去，殘留的碳元素則多數(shù)以類似石墨的碳微晶形態(tài)存在。然而和石墨晶體不同的是，這些碳微晶的排列是雜亂無(wú)章的，因此形成了具有活性炭原始形態(tài)的結(jié)構(gòu)。但是僅僅經(jīng)過(guò)炭化處理，碳微晶的周圍以及碳微晶之間的縫隙仍被熱解所產(chǎn)生的焦油或者無(wú)定形碳堵塞，因此需要進(jìn)一步活化處理，除去這些堵塞孔隙的物質(zhì)才能得到具有發(fā)達(dá)孔隙結(jié)構(gòu)的活性炭。
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