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颗粒活性炭与活性炭纤维的优缺点对比

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颗粒活性炭与活性炭纤维的优缺点对比

发布日期:2017-09-20 作者:秦皇岛紫川炭纤维 点击:

  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。  

  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>50nm的大孔,也有2.0~50nm 的中孔(过渡孔) 和<2.0nm的微孔。  

  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。 

  活性碳纤维(ACF- activated carbon)  ACF是继粉状与粒状活性碳之后的第三代活性碳产品。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。  活性炭纤维的特点  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具有以以下特点:
  ①ACF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。  

  ②比表面积大, 最大可达2500㎡/g, 约是GAC的10~100倍: 吸附容量大, 约是GAC的1.5~100倍;吸附能力为GAC的400倍以上;吸附、脱附速度快,ACF对气体的吸附数10秒至数分钟可达平衡。  

  ③ACF孔径分布范围窄, 绝大多数孔径在 100Å以下,GAC的内部结构有微孔、过渡孔和大孔之分, 而ACF的结构只有微孔及少量的过渡孔,没有大孔,并且孔径均匀, 分布比较狭窄,为0.1~1nm,这是ACF吸附选择性较好的原因。  
  ④ACF不仅对高浓度吸附质的吸附能力明显,对低浓度吸附质的吸附能力也特别优异,如当甲苯气体含量低到10ppm 以下时,ACF还能对其吸附,而GAC必须高于100ppm 时方能吸附。  
  ⑤耐热、耐酸碱;具有很强的氧化还原特性,可将高价金属离子还原为低价态。 


活性炭纤维
活性碳纤维和粒状活性碳的孔结构模型

  ⑥体积密度小,滤阻小,约是GAC的1/3 。可吸附粘度较大的液体物质,且动力损耗小。而且ACF易再生, 工艺灵活性大( 可制成纱、布、毡和纸等多种制品);以及不易粉化和沉降等特征, 这些特征有利于吸附和脱附,使得ACF对各种有机化合物具有较大的吸附量和较快的吸、脱附速度。  吸附剂的吸附性能由吸附剂的比表面积、吸附剂的孔隙直径来决定,其吸附性能的值log[(C0-C)/C]可由下式计算求得:[(C0-C)/C]=0.0064S-0.123D-0.935 式中:C0-初始浓度;  C-平衡浓度;  S-吸附剂的比表面积(㎡/g) D-吸附剂的孔隙直径(nm)                  QQ截图20170920105531.jpg    

图2 活性碳纤维和粒状活性碳的孔径分析 

  ACF与GAC的孔径分布   由上式可见,吸附剂的比表面积越大吸附能力也越大,吸附剂的孔隙直径越小具有的吸附能力越大。活性碳纤维最显著的特点是具有发达的比表面积(1000㎡/g ~3000㎡/g)和丰富的微孔,微孔的体积占总孔体积的90%以上,微孔直径约10Å左右,故其吸附能力大。它对硫醇类恶臭气味化合物及苯酚和亚甲基兰等离子具有特殊的吸附能力,且其表面具有疏水性,对水蒸气吸附亲和性小,对空气中的有害气体、臭气,特别是有机化合物具有较高的去除效率,适于吸附和脱附频繁的废水处理和空气净化等。ACF被认为是21世纪最优秀的环境材料之一。在气体和液体净化,有害气体及液体吸附处理等方面得到广泛应用。  
  ACF是非常有发展前途的高效吸附材料,无论污染物质是微量级还是高浓度,都可采用ACF进行吸附处理,达到满意效果,在很多领域中都将取代粒状活性碳。

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