传统活性炭和纤维活性炭的区别

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活性炭材料

净水行业最常用,最有效,最成熟的滤材,那么下面我们来看看活性炭到底是怎么去吸附水中或者空气中的有害物质,活性炭与活性炭之间原材料不同,吸附效果会有什么不同呢?

首先我们要知道活性炭是怎么组成的以及活性炭的结构?

活性炭又称活性炭黑。是黑色粉末状或块状、颗粒状、蜂窝状的无定形碳,也有排列规整的晶体碳。活性炭中除碳元素外,还包含两类掺和物:一类是化学结合的元素,主要是氧和氢,这些元素是由于未完全炭化而残留在炭中;另一类掺和物是灰分,它是活性炭的无机部分;灰粉是活性碳造成二次污染的主要原因。

活性炭具有微晶结构,但排列是完全不规则的。微晶高度为0.9~1.2 nm;宽度约2.0~2.3 nm。其大小因高温处理而显著增大。通常,活性炭在活化过程中产生微孔、过渡孔或大孔。根据国际纯粹与应用化学联合会(IUPAC 1972)的规定,微孔的有效半径低于2nm;过渡孔的有效半径在2~50nm;大孔的有效半径大于50nm。

而活性炭的吸附原理是怎么样的呢?

1、依靠自身独特的孔隙结构

活性炭内部孔隙结构发达,有大量肉眼看不见的微孔,1克活性炭材料中微孔,将其展开后表面积可高达800-1500平方米,特殊用途的更高。正是这些高度发达,如人体毛细血管般的孔隙结构,使活性炭拥有了优良的吸附性能。

2、分子之间相互吸附的作用力

分子之间拥有相互吸引的作用力,也叫“凡德瓦引力”。当一个分子被活性炭内孔捕捉进入到活性炭内孔隙中后,由于分子之间相互吸引的原因,会导致更多的分子不断被吸引,直到添满活性炭内孔隙为止。

活性炭原料分类可以分为两种:

煤质活性炭(各种煤和石油及其加工产物为原料制成的活性炭)——以煤为原料制造的活性炭通常采用水蒸气或二氧化碳气体活化,产品的形状以颗粒状为主,其孔径分布以微孔居多,更适合吸附分子直径较小的物质。其优点是生产成本相对较低;

木质活性炭(椰壳活性炭、果壳活性炭、木 质 粉 炭 等)——以木屑为原料制造的活性炭通常采取化学法活化,产品的形状以粉状为主,其孔径分布可通过调节化学活化剂的配比来进行控制,比较灵活,既可以制造出以微孔居多的产品也可制造出中孔(过渡孔)占较大比例的产品,吸附范围更加广泛;但相对煤质活性炭,生产成本偏高。

活性炭外形分类可以分为以下四类:

粉末活性炭(PAC)——粉末活性炭具有过滤速度快、吸附性能好、脱色除味能力强、经济耐用等优点,产品广泛应用于食品、饮料、医药、自来水、糖、油脂等行业。
但制约粉末活性炭应用于水处理的两大因素:1、使用后单独分离、回收、再生较为困难;2、相对于颗粒活性炭,造价更高。

颗粒活性炭(GAC)——颗粒活性炭主要以煤质碳为原料,外观呈黑色不定型颗粒;具有发达的孔隙结构,良好的吸附性能,机械强度高,易反复再生,造价低等特点;产品广泛应用于饮用水水处理、工业用水废气处理脱色气体净化等领域。

活性炭棒(CTO)——活性炭棒是在颗粒活性炭的基础上经过加工,压缩,形成了碳棒,能加强清除水中的残留异味,吸附能力更快,更强。CTO用在水处理设备中用以除去水的余氯、化学农药、异色、异味、并过滤细微杂质等。
CTO是以外形命名,其中有挤出、压缩、烧结几种成型工艺:
挤出活性炭:是活性炭和普通热熔树脂混合后,放入螺杆挤出机加热挤出成型的,生产成本低,产量高。但此生产工艺中活性炭外表被热熔树脂高温后融化包裹,堵塞了活性炭微孔,完全失去了吸附效果。
压缩活性炭:是活性炭粉体材料和无机液体粘结剂混合后,灌入特制模具,用压力机高压压缩成型,出模后烘干;此工艺活性炭含量较高,过滤效果较好。但使用无机粘结材料时需高压成型,孔径分布难以控制,影响使用。
烧结活性炭:采用活性炭粉体材料和高分子热熔成孔材料混合,灌入特制模具,在200-300℃高温下烧结而成;由于这种高分子粘结材料在烧结加工工艺中可形成开式微孔,与活性炭混合后,保持了活性炭粉料比表面积大的特点,成孔性优良,过滤效果更好,因其加工工艺复杂,产能有限。

活性炭纤维(ACF)——传统活性炭经过活化处理的多孔炭,为粉末状或颗粒状,而活性碳纤维则为纤维状,纤维上布满微孔,其对有机气体吸附能力比颗粒活性炭在空气中高几倍至几十倍,在水溶液中高5~6倍,吸附速率快100~1000倍。ACF是继广泛使用的粉末活性炭颗粒活性炭(压缩活性炭)之后的第三代新型吸附材料。

下面我们着重介绍活性炭纤维(ACF)与一般活性炭比较到底有什么不同呢?

活性炭纤维(ACF)

活性炭纤维(ACF)结构:
活性碳纤维直径为5~20μm,比表面积在1300~2200m2/g左右,平均孔径在1.0~4.0nm。活性炭纤维中并无大孔,只有少量半径2nm—50nm的过渡孔,大量半径小于2nm微孔均匀分布纤维表面。与活性炭相比,活性碳纤维微孔多而均匀,吸附容量大,吸附速率快,且与被吸附物质均匀接触,使吸附材料得以充分利用。

ACF吸附功能对比表:

粉末活性炭(Pac)<烧结活性炭棒(CTO)<颗粒活性炭(GAC)<碳纤维(ACF)

活性碳纤维(ACF)成本对比:
活性碳纤维的市场价格在40万/吨左右,是活性炭的十几倍到几十倍(煤质活性炭价格在1仟——1万/吨左右,椰壳活性炭价格在1万——2万/吨左右)