[科普中国]-颗粒活性炭

颗粒活性炭分为定型和不定型颗粒。主要以椰壳、果壳和煤质为原料，经系列生产工艺精加工而成。产品广泛应用于饮用水、工业用水、酿酒、废气处理、脱色、干燥剂、气体净化等领域。颗粒活性炭选用优质无烟煤为原料，采用先进工艺精制加工而成，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；用于有毒气体的净化，废气处理，工业和生活用水的净化处理，溶剂回收等方面。

简介活性炭作为多孔性吸附剂，是一种由碳质原料经炭化、活化后微细石墨状微晶和碳氢化合物构成的非结晶性物质。活性炭的种类因其外观形状、制备原料、制造方法及用途等不同，而呈现多样性。按外部形状通常分为粉末状活性炭和颗粒状活性炭。粉状活性炭多为木质活性炭，因其存在滤面易堵塞、粉末难分离等问题，未能达到某些行业的使用标准。因此，颗粒状活性炭得到越来越多的重视和研究，其具有一定形状，机械强度高，粉尘污染少，在制备、储存、使用过程中具备优势，易于满足不同行业的特殊要求。但是，目前颗粒状活性炭制备存在的生产成本高、污染大等问题，仍未得到较好的解决。因此，开发一种低生产成本、高机械强度、高吸附效率的“一低两高” 颗粒活性炭，将具有重要的研究意义和广泛的市场前景。1

分类颗粒活性炭按生产原料分为椰壳颗粒活性炭、煤质颗粒活性炭、果壳颗粒活性炭等。

椰壳颗粒活性炭椰壳颗粒活性炭以优质椰壳为原料，经系列生产工艺精加工而成。外观为黑色，呈颗粒状，具有空隙发达、吸附性能好、强度高、经济耐用等优点。

产品主要用于饮用水、纯净水、自来水、制酒、饮料、工业用水的净化、脱色、脱氯、除臭、干燥剂、催化载体等方面。

果壳颗粒活性炭果壳颗粒活性炭以桃壳、杏壳等果核壳为原料，经系列生产工艺精加工而成。外观为黑色，呈颗粒状，具有空隙发达、吸附性能好、经济耐用等优点。

产品主要用于电厂锅炉用水，工业用水，生活用水，饮料用水及其他各种工业废水的净化、提纯、脱色等。

煤质颗粒活性炭煤质颗粒活性炭规格齐全，分为定型和不定型颗粒。不定型颗粒产品主要用于工业用水其他各种工业废水的净化、提纯、脱色等, 能有效净化生活污水、化工污水。定型颗粒产品主要用于气体处理、污水处理、脱硫脱硝、溶剂回收、制氮机/空分设备、喷涂车间等。

制备原料制备活性炭的原料十分广泛，含碳物质均可以成为制备活性炭的原料，这些原料同样也可适用于颗粒活性炭的制备，它们主要分为两大类：煤质原料、木质原料。煤质原料主要有无烟煤、煤泥、褐剁及石油焦及煤基类；木质原料主要指核桃壳、木材、果壳、竹质、农作物秸秆、含碳废渣等。此外，利用除尘灰分离炭粉和废聚苯乙烯泡沫等原料也可以制备出质量较好的颗粒活性炭。2

制备方法颗粒状活性炭的制备方法主要分为两大类：1)无需添加粘结剂直接进行炭活化；2)添加粘结剂使碳质前驱体加工成型，再进行炭活化工序。

无粘结剂法无需添加粘结剂制备颗粒活性炭可分为两种：一是将一定形状尺寸的天然木质原料直接进行炭活化，得到无定形颗粒状活性炭；二是在无需添加粘结剂的条件下，化学药剂活化法自成型制备颗粒活性炭。

丰富的成型天然木质植物原料，如椰壳、核桃壳、橄榄核等果壳果核类，可直接通过物理或化学活化法制备不定形颗粒活性炭。Poinern等以澳洲坚果壳为原料，先进行高温炭化，再结合二氧化碳活化法制备颗粒活性炭，并探讨了活化温度对活性炭吸附金的影响。结果表明，高温活化有利于提高颗粒活性炭的吸金容量。贺德留等发明了磷酸法生产木质无定形颗粒活性炭技术，通过对原料(主要是果壳、果核)的预粉碎、浸泡、浮分及低温下干燥炭化处理，活化后可得具有较高强度和吸附力的产品。结果表明，原料粒度为 20 ~ 40 目有利于活化剂的渗透，相比氯化锌法，提高了无定形炭的强度，且碘值>950 mg/g，B 焦糖色>100%，相比物理法其生产成本降低了 40%。

化学活化法自成型制备颗粒活性炭，是在碳质原料中加入一定数量的化学药品，进行充分捏合塑化产生焦油等胶黏和增塑性物质，无需另加粘结剂即可成型，经加热炭活化一步完成的制备方法 。目前，制备颗粒活性炭使用的化学药剂主要有 ZnCl2、H3PO4 、KOH、NaOH、H2SO4、CaCl2、K2CO3等。不同的化学活化剂，对原料的活化机理各不相同。

粘结剂法添加粘结剂主要是为了解决原料自身无粘结性，成型困难，产品强度、表面光滑度不理想等问题的成型活性炭的制备。粘结剂的种类和用量，很大程度上影响着活性炭的强度和吸附性能。加入粘结剂，往往使颗粒活性炭的部分孔隙堵塞，造成机械强度提高的同时其吸附性能降低。常用粘结剂有煤焦油、淀粉、木焦油、亚硫酸纸浆废液、粘土、废糖蜜、羧甲基纤维素、树脂类等。

煤具有含碳量高、资源丰富、价格低廉等优点，广泛用于颗粒活性炭的制备原料。当前，制造煤质颗粒活性炭所用的原料煤都是无粘结性和弱粘结性的煤，如无烟煤、弱粘煤、褐煤等，因此均需要在原料煤中添加一定数量的粘合剂，使之压制成型。由于煤焦油的沥青含量高，对煤粉的粘结能力强，因此，我国煤质活性炭工厂大多数采用煤焦油作为粘结剂。杜亚平等采用煤焦油作为石油基颗粒活性炭的粘结剂，与无烟煤混捏，经挤压成型，活化制得机械强度较高、微孔发达的颗粒活性炭，可作为净化空气或水用吸附剂。

除了煤质原料，研究者对木质原料及其他原料制备颗粒活性炭也进行了大量研究。夏洪应等以烟杆废弃物为原料，木焦油为复合粘合剂，分别采用水蒸气和二氧化碳活化法制备颗粒活性炭。结果表明，900 ℃活化时，水蒸气法颗粒活性炭呈微孔型，BET 比表面积为 1037 m2/g，总孔容积为0.8152 mL/g；二氧化碳法活性炭炭也呈微孔型，比表面积为 947.81 m2/g，总孔容为 0.48 mL/g，但得率高于水蒸气法。1

应用颗粒活性炭因其巨大的比表面积和发达的孔结构，以及机械强度高、耐酸耐碱、性质稳定等优势特征，而广泛用于化工、食品、医疗、国防等领域，特别是在环保问题上，活性炭作为气、液相吸附剂治理空气污染和水污染具有重要的研究意义。颗粒活性炭吸附剂是利用活性炭的物理吸附、化学吸附及氧化催化等性能去除水中和大气中的污染物。

颗粒活性炭作为清洁能源的高效吸附剂，已经为天然气、氢气等洁净能源的储存运输提供较大的经济效益。同时，颗粒活性炭还广泛用于气体精制：公共或居住场所难闻的异味，如餐厅食物的气味、图书馆和办公室的纸味及汗臭味等都是令人不愉快的，可用颗粒活性炭净化室内空气；工业厂房，如食品加工、制造药品或精密仪器室等空气中含有烟雾、灰尘和刺激物成分，将影响工作人员健康或造成精密仪器氧化腐蚀，可采用颗粒活性炭进行净化脱除杂质；煤酸厂、化工厂以及汽车尾气排出的气体中，含有各种各样有机溶剂、无机及有机硫化物、烃类、有机汞化合物及其它有害成分，直接排放将严重污染大气并影响人类身体健康，可用颗粒活性炭进行高效吸附回收再排放；在冷藏室和水果仓库采用活性炭净化空气，实现循环通风减少乙烯浓度，以延长水果的贮藏期；核电站排出氪、氙等放射性气体，可致人体致癌和植物枯死等危害，必须用活性炭将它们吸附干净再行排放；另外，颗粒活性炭在军事上制作防毒面具和工业用呼吸器广泛使用。

在液相吸附应用上，颗粒活性炭广泛使用于饮用水净化、工业废水处理、酿酒、脱色、脱味、除臭、干燥剂、溶剂回收等领域。对于日益严重的水污染，不仅破坏水中生态系统，而且对于人类健康和社会经济具有重大威胁。颗粒活性炭具有较强吸附性能、容易再生和反复利用等优势，能去除水中产生臭味的物质和有机物，如苯、酚、氯、农药、洗涤剂、三卤甲烷等。此外，对银、镉、铜、汞、锑、砷、铋、锡、铅、铬酸根等重金属离子也可有效的去除。

颗粒活性炭还可作为催化剂及其载体，在催化方面和电化学方面得到广泛应用，如颗粒活性炭催化降解臭氧、作贵金属催化剂的载体以及制作超级电容器等。1

颗粒活性炭主要技术指标

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