活性炭主要成分按化学成分划分:
碳(C)和少量氧(O)、氢(H)、硫(S)、氮(N)、氯(Cl)。
1 活性碳( AC - activated carbon )
活性碳,是一种具有多孔结构和大的内部比表面积的材料。由于其大的比表面积、微孔结构、高的吸附能力和很高的表面活性而成为独特的多功能吸附剂,且其价廉易得,部分还可再生活化,同时它可有效去除废水、废气中的大部分有机物和某些无机物,所以它被世界各国广泛地应用于污水及废气的处理、空气净化、回收稀有金属及溶剂等环境保护和资源回收等领域。
活性碳分为粒状活性碳、粉末活性碳及活性碳纤维,但是由于粉末活性碳有二次污染且不能再生赋活而被限制利用 [2] 。
2 粒状活性碳( GAC - granular activated carbon )
GAC 的 85%~90% 用于水处理和气体吸附处理,它的粒径为 500 ~ 5000μm , GAC 的孔结构一般是具有三分散态的孔分布 , 既具有按国际纯粹与应用化学会 (IUPAC) 分类的孔径大于 50 nm 的大孔 , 也有 2.0 ~ 50nm 的中孔(过渡孔)和小于 2.0nm 的微孔 [3] 。
由于 GAC 的孔状结构所致 , 它的吸附速度较慢 , 分离率不高 , 特别是它的物理形态使其在应用和操作上的有诸多不便 , 限制了 GAC 的应用范围 [4] 。
3 活性碳纤维( ACF - activated carbon fiber )
ACF 是继粉状与粒状活性碳之后的第三代活性碳产品 [3] 。 70 年代发展起来的活性碳纤维是随着碳纤维工业发展起来的一种新型,高效的吸附剂。
ACF 是多孔碳家族中具有独特性能的一员,与传统的粒状活性碳( GAC )相比, ACF 具有以下特点 [5] :
① ACF 与 GAC 的孔结构有很大的差异,如图 1 和图 2 所示。 ACF 的孔分布基本上呈单分散态 , 主要由小于 2.0nm 的微孔组成 , 且孔口直接开口在纤维表面,其吸附质到达吸附位的扩散路径短 , 纤维直径细,故与被吸附物质的接触面积大,增加了吸附几率,且可均匀接触。
木质粉末活性炭的主要成分是碳,含碳量约90%,通常是用各种植物碎料(木屑、椰壳及蔗渣等)或适当的煤或木炭为原料,经过特殊的加工处理制成。
木质粉状活性炭产品的外形主要有粉状和粒状两大类。木质粉状活性炭是非常微细的粉末,绝大部分可通过200目筛网,大部分可通过325目筛网,粉的尺寸在1~150μm之间(平均约40μm);通常,炭粉越幼细,它对杂质的吸附速度越大。故常将活性炭产品进行高度的破碎和筛选,得到微细的粉末。粉状炭的缺点是再生比较困难,通常不再生使用,故消耗量较大(近年也有研究将它再生)。粒状活性炭通常都再生使用,消耗量较少。它有不定型颗粒状和柱状颗粒两种,粒度在0.5~4mm之间。前者是通过适当的破碎和筛选得到的,后者则是将原料通过造粒机压制成型的。