活性炭的吸附原理
活性炭（英語：Active charcoal），亦稱活性碳（英語：Active carbon）、活化炭（英語：Activated charcoal；Activated char）或活化碳（英語：Activated carbon），是黑色粉末狀或顆粒狀的碳物質(zhì)?；钚蕴吭诮Y(jié)構(gòu)上由于微晶碳是不規(guī)則排列，在交叉連接之間有細(xì)孔，在活化時(shí)會(huì)產(chǎn)生碳組織缺陷，因此它是一種多孔碳，堆積密度低，比表面積大，也是做一個(gè)過濾器的主要物料。

活性炭的制作
活性炭的主要原料幾乎可以是所有富含碳的有機(jī)材料，如煤、木材、果殼、椰殼、核桃殼、杏殼、棗殼等。這些含碳材料在活化爐中，在高溫和一定壓力下通過熱解作用被轉(zhuǎn)換成活性炭。在此活化過程中，的表面積和復(fù)雜的孔隙結(jié)構(gòu)逐漸形成， 而所謂的吸附過程正是在這些孔隙中和表面上進(jìn)行的，活性炭中孔隙的大小對(duì)吸附質(zhì)有選擇吸附的作用，這是由于大分子不能進(jìn)入比它孔隙小的活性炭孔徑內(nèi)的緣故?；钚蕴渴怯珊繛橹鞯奈镔|(zhì)作原料，經(jīng)高溫炭化和活化制得的疏水性吸附劑?；钚蕴亢写罅课⒖祝哂袩o比的表面積，能有效地去除色度、臭味，可去除二級(jí)出水中大多數(shù)有機(jī)污染物和某些無機(jī)物，包含某些有毒的重金屬。
活性炭的原理
1、過濾原理
活性炭過濾器是將水中懸浮狀態(tài)的污染物進(jìn)行截留的過程，被截留的懸浮物充塞于活性炭間的空隙。濾層孔隙尺度以及孔隙率的大小，隨活性炭料粒度的加大而增大。即活性炭粒度越粗，可容納懸浮物的空間越大。其表現(xiàn)為過濾能力增強(qiáng)，納污能力增加，截污量增大。同時(shí)，活性炭濾層孔隙越大，水中懸浮物越能被更深地輸送至下一層活性炭濾層，在有足夠保護(hù)厚度的條件下，懸浮物可以更多地被截留，使中下層濾層更好地發(fā)揮截留作用，機(jī)組截污量增加。
從嚴(yán)格的理論上講，活性炭所具有的對(duì)懸浮物的截留能力來自活性炭所提供的表面積。流速低時(shí)，機(jī)組的過濾能力主要地來自活性炭的篩除作用，而流速快時(shí)，過濾能力來自活性炭顆粒表面的吸附作用，在過濾過程中活性炭所提供的顆粒表面積越大，對(duì)水中懸浮物的附著力越強(qiáng)。
2、吸附原理
根據(jù)吸附過程中活性炭分子和污染物分子之間作用力的不同，可將吸附分為兩大類：物理吸附和化學(xué)吸附（又稱活性吸附）。在吸附過程中，當(dāng)活性炭分子和污染物分子之間的作用力是范德華力（或靜電引力）時(shí)稱為物理吸附；當(dāng)活性炭分子和污染物分 子之間的作用力是化學(xué)鍵時(shí)稱為化學(xué)吸附。物理吸附的吸附強(qiáng)度主要與活性炭的物理性質(zhì)有關(guān)，與活性炭的化學(xué)性質(zhì)基本無關(guān)。由于范德華力較弱，對(duì)污染物分子的結(jié)構(gòu)影響不大，這種力與分子間內(nèi)聚力一樣，故可把物理吸附類比為凝聚現(xiàn)象。物理吸附時(shí)污染物的化學(xué)性質(zhì)仍然保持不變。
由于化學(xué)鍵強(qiáng)，對(duì)污染物分子的結(jié)構(gòu)影響較大，故可把化學(xué)吸附看做化學(xué)反應(yīng)，是污染物與活性炭間化學(xué)作用的結(jié)果?；瘜W(xué)吸附一般包含電子對(duì)共享或電子轉(zhuǎn)移，而不是簡(jiǎn)單的微擾或弱極化作用，是不可逆的化學(xué)反應(yīng)過程。物理吸附和化學(xué)吸附的根本區(qū)別在于產(chǎn)生吸附鍵的作用力。
吸附過程是污染物分子被吸附到固體表面的過程，分子的自由能會(huì)降低，因此，吸附過程是放熱過程，所放出的熱稱為該污染物在此固體表面上的吸附熱。由于物理吸附和化學(xué)吸附的作用力不同，它們?cè)谖綗?、吸附速率、吸附活化能、吸附溫度、選擇性、吸附層數(shù)和吸附光譜等方面表現(xiàn)出一定的差異。

臨朐縣海源活性炭廠，是一家從事活性炭生產(chǎn)20年的生產(chǎn)廠家，產(chǎn)品20多個(gè)型號(hào)，覆蓋不同領(lǐng)域的活性炭使用環(huán)境，產(chǎn)品營(yíng)銷全國(guó)，質(zhì)量穩(wěn)定如一，初心不改，一切為環(huán)保事業(yè)做出應(yīng)有的貢獻(xiàn)，始終將青山綠水作為自己產(chǎn)品質(zhì)量的要求。
地址：山東臨朐縣冶源鎮(zhèn)西圈村
脫附活性炭孔隙結(jié)構(gòu)： 環(huán)保活性炭是由石墨微晶、單一平面網(wǎng)狀碳和無定形碳三部分組成，其中石墨微晶是構(gòu)成活性炭的主體部分?；钚蕴康奈⒕ЫY(jié)構(gòu)不同于石墨的微晶結(jié)構(gòu)，其微晶結(jié)構(gòu)的層間距在0.34～0.35nm之間，間隙大。即使溫度高達(dá)2000 ℃以上也難以轉(zhuǎn)化為石墨，這種微晶結(jié)構(gòu)稱為非石墨微晶，絕大部分活性炭屬于非石墨結(jié)構(gòu)。石墨型結(jié)構(gòu)的微晶排列較有規(guī)則，可經(jīng)處理后轉(zhuǎn)化為石墨。非石墨狀微晶結(jié)構(gòu)使活性炭具有發(fā)達(dá)的孔隙結(jié)構(gòu)，其孔隙結(jié)構(gòu)可由孔徑分布表征?；钚蕴康目讖椒植挤秶軐挘瑥男∮?nm到數(shù)千nm。有學(xué)者提出將活性炭的孔徑分為三類：孔徑小于2nm為微孔，孔徑在2～50nm為中孔，孔徑大于50nm為大孔。
活性炭中的微孔比表面積占活性炭比表面積的95%以上，在很大程度上決定了活性炭的吸附容量。中孔比表面積占活性炭比表面積的5%左右，是不能進(jìn)入微孔的較大分子的吸附位，在較高的相對(duì)壓力下產(chǎn)生毛細(xì)管凝聚。大孔比表面積一般不超過0.5m2/g，僅僅是吸附質(zhì)分子到達(dá)微孔和中孔的通道，對(duì)吸附過程影響不大。
脫附活性炭表面化學(xué)性質(zhì)： 環(huán)保活性炭?jī)?nèi)部具有晶體結(jié)構(gòu)和孔隙結(jié)構(gòu)，活性炭表面也有一定的化學(xué)結(jié)構(gòu)?；钚蕴课叫阅懿粌H取決于活性炭的物理（孔隙）結(jié)構(gòu)，而且還取決于活性炭表面的化學(xué)結(jié)構(gòu)。在活性炭制備過程中，炭化階段形成的芳香片的邊緣化學(xué)鍵斷裂形成具有未成對(duì)電子的邊緣碳原子。這些邊緣碳原子具有未飽和的化學(xué)鍵，能與諸如氧、、氮和等雜環(huán)原子反應(yīng)形成不同的表面基團(tuán)，這些表面基團(tuán)的存在毫無疑問地影響到活性炭的吸附性能。X 射線研究表明，這些雜環(huán)原子與碳原子結(jié)合在芳香片的邊緣，產(chǎn)生含氧、含和含氮表面化合物。當(dāng)這些邊緣成為主要的吸附表面時(shí)，這些表面化合物就改變了活性炭的表面特征和表面性質(zhì)。活性炭表面基團(tuán)分為酸性、堿性和中性 3 種。酸性表面官能團(tuán)有羰基、羧基、內(nèi)酯基、羥基、醚、等，可促進(jìn)活性炭對(duì)堿性物質(zhì)的吸附；堿性表面官能團(tuán)主要有吡喃酮（環(huán)酮）及其物，可促進(jìn)活性炭對(duì)酸性物質(zhì)的吸附。

脫附活性炭具有除臭，除異味，去除水中氯離子等有機(jī)物功能。
脫附活性炭采用通孔結(jié)構(gòu)的鋁蜂窩、塑料蜂窩、紙蜂窩為載體。與傳統(tǒng)活性炭過濾網(wǎng)相比，具有更優(yōu)良的氣體動(dòng)力學(xué)性能，體積密度小，比表面積大、吸附，風(fēng)阻系數(shù)小。蜂窩狀活性炭濾網(wǎng)是在聚酯泡棉上載附粉狀活性炭制成，其含碳量在35%-50%左右。具有活性炭的吸附性能，可用于空氣凈化，去除揮發(fā)性有機(jī)化合物、、和空氣中的污染物?？諝庾枇π?，能耗低，可在一定風(fēng)量下除臭、除異味，凈化環(huán)境，具有的凈化效果。

脫附活性炭是一種經(jīng)特殊處理的炭，將有機(jī)原料（果殼、煤、木材等）在隔絕空氣的條件下加熱，以減少非碳成分（此過程稱為炭化），然后與氣體反應(yīng)，表面被侵蝕，產(chǎn)生微孔發(fā)達(dá)的結(jié)構(gòu) （此過程稱為活化）。

由于活化的過程是一個(gè)微觀過程，即大量的分子碳化物表面侵蝕是點(diǎn)狀侵蝕 ，所以造成了活性炭表面具有無數(shù)細(xì)小孔隙?；钚蕴勘砻娴奈⒖字睆酱蠖嘣?～50nm之間，即使是少量的活性炭，也有的表面積，每克活性炭的表面積為500~1500m2，活性炭的一切應(yīng)用，幾乎都基于活性炭的這一特點(diǎn)。

脫附活性炭是由木質(zhì)、煤質(zhì)和石油焦等含碳的原料經(jīng)熱解、活化加工制備而成，具有發(fā)達(dá)的孔隙結(jié)構(gòu)、較大的比表面積和豐富的表面化學(xué)基團(tuán)，特異性吸附能力較強(qiáng)的炭材料的統(tǒng)稱。 通常為粉狀或粒狀具有吸附能力的多孔無定形炭。由固態(tài)碳質(zhì)物（如煤、木料、硬果殼、果核、樹脂等）在隔絕空氣條件下經(jīng)600～900℃高溫炭化，然后在400～900℃條件下用空氣、二氧化碳、水蒸氣或三者的混合氣體進(jìn)行氧化活化后獲得。

脫附活性炭，炭化使碳以外的物質(zhì)揮發(fā)，氧化活化可進(jìn)一步去掉殘留的揮發(fā)物質(zhì)，產(chǎn)生新的和擴(kuò)大原有的孔隙，改善微孔結(jié)構(gòu)，增加活性。低溫（400℃）活化的炭稱L-炭，高溫（900℃）活化的炭稱H-炭。H-炭在惰性氣氛中冷卻，否則會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)長(zhǎng)-炭?；钚蕴康奈叫阅芘c氧化活化時(shí)氣體的化學(xué)性質(zhì)及其濃度、活化溫度、活化程度、活性炭中無機(jī)物組成及其含量等因素有關(guān)，主要取決于活化氣體性質(zhì)及活化溫度。

脫附活性炭的含炭量、比表面積、灰分含量及其水懸浮液的pH值皆隨活化溫度的提高而增大?；罨瘻囟扔撸瑲埩舻膿]發(fā)物質(zhì)揮發(fā)愈完全，微孔結(jié)構(gòu)愈發(fā)達(dá)，比表面積和吸附活性愈大。

山東 臨朐縣海源活性炭廠，位于濰坊市臨朐縣冶源鎮(zhèn)西圈村，建廠多年來，經(jīng)不斷發(fā)展，現(xiàn)已成為一家綜合性濾料廠家，產(chǎn)品有：型號(hào)用途活性炭，廣泛應(yīng)用于工業(yè)廢氣吸附、水質(zhì)凈化，工業(yè)產(chǎn)品脫色 提純，建廠20年來，以活性炭為主業(yè)；不斷加大科研投入，產(chǎn)品種類，質(zhì)量穩(wěn)定，深受廣大客戶好評(píng)。
諸多研究表明，脫附活性炭在液相中的吸附過程是放熱的，降低溫度有利于吸附性能的提高。但是，在液相中，升高溫度可以有助于促進(jìn)液相分子的活度和擴(kuò)散，增強(qiáng)其在活性炭孔隙結(jié)構(gòu)中的吸附。在實(shí)際應(yīng)用過程中，溫度的確定不僅考慮上述因素，還需要兼顧液體自身特性，比如黏度大的液體需要通過提高溫度來增加其流動(dòng)性，對(duì)于某些熔點(diǎn)高的物質(zhì)也需要確保溫度熔點(diǎn)，而熱敏性差的物質(zhì)就需要考慮溫度對(duì)其有效成分的影響。總之，溫度對(duì)于活性炭應(yīng)用的影響，不僅需要考慮吸附性能也需要考慮應(yīng)用狀況，無法通過溫度變化來提高其吸附量，也難以規(guī)定統(tǒng)一的操作溫度，需要視情況而定。表5-2中的數(shù)據(jù)亦可資參考。三種色素的吸附量隨溫度變化的情況(時(shí)間為60min)?；钚蕴恳合辔叫阅艿囊粋€(gè)重要因素。增大活性炭的添加量。有助于增加吸附活性位。提高吸附效果，但是也會(huì)增加吸附過程中的吸附阻力。因此，要確定合理的添加量，大限度地發(fā)揮活性炭的吸附性能，達(dá)到理想的吸附效果。
佳添加量可以通過實(shí)驗(yàn)研究確定，但實(shí)踐證明，生產(chǎn)過程中的實(shí)際使用量通常比實(shí)驗(yàn)室獲得的添加量要少，原因尚不明確，需要進(jìn)一步研究。因此，對(duì)于活性炭添加量的確定，通常是根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)來確定。由于每次使用的工況不一樣，且每批活性炭的性能也不同，這就需要構(gòu)建一個(gè)實(shí)驗(yàn)研究和實(shí)踐使用之間的比例關(guān)系，同時(shí)輔以操作者的成熟經(jīng)驗(yàn)。一般來說，在添加炭樣5~10min 后進(jìn)行取樣觀察，判斷是否正確[9])。
二、時(shí)間
脫色或精制所需的時(shí)間，受許多因素影響，如炭的粒度、炭的用量、液體溫度和黏度等，一般需要10~60min(10,11]。炭越細(xì)或用炭量越多則時(shí)間越短，當(dāng)液體黏度大或用炭量很少時(shí)則時(shí)間就長(zhǎng)些。對(duì)給定的色素和給定的活性炭種類，在同一條件下，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，單位質(zhì)量的活性炭對(duì)色素的吸附變化并不大。表5-1為三種色素在溶液的平衡濃度為0.1mmol/L時(shí)，在25℃時(shí)，活性炭對(duì)色素的吸附量隨時(shí)間變化的情況。