不同品种活性炭材料的研究
1、高比表面积活性炭
高比表面积活性炭由于具有比表面积高(大于2500m2/g),微孔分布集中且吸附性能优等特点,已经广泛应用于医药、催化、气体分离及储存双电层电容器等领域。研究表明含Na和K的碱金属化合物可促进生成微孔发达高比表面积活性炭。这种促进机理在于(以KOH为例) :部分KOH与原料反应生成K2CO3和K2O;另一部分KOH在温度达到500℃时就可发生脱水反应生成K2O,这些含钾化合物对碳的气化有催化作用。此外,金属钾的沸点(762℃)低于活化温度(850℃),在活化阶段钾蒸气在碳骨架中扩散,可促进新微孔的生成,导致活性炭比表面积大大增加。
2、活性炭纤维
活性炭纤维克服了粉状活性炭、粒状活性炭的缺点,成为三代活性炭吸附材料。活性炭纤维直径细,与被吸附质的接触面积大增加了吸附几率,孔径分布窄,材料的孔径大小可以通过调整工艺参数进行控制,而且漏损小、滤阻小、体积密度小易制作,轻而小型化设备。基于以上优点活性炭纤维已广泛应用于空气净化、冰箱的除异味、气体净制、有机溶剂回收、工业有机废水的处理、催化剂或催化剂载体。
现在活性炭纤维的研究热点已经从制备表征和吸附性能的研究转移到具有新结构和功能性活性炭纤维研发,具有代表的是活性炭纤维的功能化和中孔活性炭纤维的开发。功能化的主要途径是改变形态,改变结构,碳合金化(化学改性);中孔活性炭纤维主要研究孔径的调控方法,目前有重复活化、催化活化、界面活化、混合聚合物炭化、铸型炭化等。
3、活性炭微球
沥青类化合物热处理时发生热缩聚反应生成各向异性的中间相小球体,将其分离制成微米级的中间相炭微球。再将其表面活化制成吸附剂,有一般活性炭不可比拟的高强度、高比表面积、强吸附能力。日本大阪煤气公司用KOH/NaOH活化中间相炭微球得到微孔活性炭微球,比表面积为3000-4600m2/g。有人用KOH作活化剂制备出中孔型活性炭微球,具有高含量的中孔孔容,是一种理想的双电层电容器电极材料。
4、活性炭分子筛
炭分子筛是孔径分布窄而均匀的具有分子筛性能的活性炭,它的孔隙以微孔为主,孔径分布集中在0.3-1.0nm的狭窄范围,微孔入口形状为狭缝平板形。炭分子筛在空气制氮、催化、食品、卫生、焦炉气中氮气回收、H2和CH4的分离、色谱柱填料等方面得到广泛应用。由于炭分子筛具有活性炭和分子筛的双重功能,分子筛产品的开发和研制成为活性炭工业最活跃的领域之一。目前制得的炭分子筛微孔不够均匀,微孔容积较低,今后将开发孔分布曲线更尖锐的单分散型和微孔容积更大的制品。
5、添载活性炭
活性炭对沸点低、分子量小的气体以及氨气、硫化氢、胺类、硫醇及甲硫醚等恶臭物质吸附性能差,如果在其上添加化学药品或过渡金属的盐类可提高其吸附能力。如浸渍法使活性炭上添加CuCl2和PbCl3后可使吸附CO的量提高8倍和20倍;添加不挥发的磷酸、硫酸等无机酸或苹果酸等有机酸,可使氨或胺与添加的酸反应吸存于细孔中。烟气中的SO2对大气造成严重污染,添载活性炭能起到良好的脱除效果,Klinik等将金属离子Co、Ni、Mg和Ⅴ的化合物通过离子交换或络合方式引入到煤表面,然后对其进行炭化。研究发现,添载金属的类型和添载量对SO2吸脱附性能有很大影响。另外,添载活性炭的催化性能提高。如添加溴的活性炭可作为强催化剂氧化甲硫醚、二硫甲烷等。
6、生物活性炭
生物活性炭(BAC)是指水处理过程中,有意识地助长粒状活性炭吸附的好氧生物活性的处理工艺,利用活性炭吸附的同时还利用微生物分解机能进行净化。与臭氧处理配合可用于净水的高度处理,在这种场合除去有害物质要靠活性炭的吸附作用,微生物具有让活性炭的吸附效果持续进行的机能。在废水处理中使用生物活性炭,因为废水中含有的有机物质污染负荷大,可以认为主要依靠微生物的分解作用,活性炭的作用重点在于稳定微生物的生息环境。把生物活性炭作为脱臭材料使用,不添加各种金属盐之类化学药品,就提高它的性能,而且具有处理多种多样臭气成分的可能。