活性炭材料

凈水行業(yè)最常用，最有效，最成熟的濾材，那么下面我們來看看活性炭到底是怎么去吸附水中或者空氣中的有害物質(zhì)，活性炭與活性炭之間原材料不同，吸附效果會有什么不同呢？

首先我們要知道活性炭是怎么組成的以及活性炭的結(jié)構(gòu)？

活性炭又稱活性炭黑。是黑色粉末狀或塊狀、顆粒狀、蜂窩狀的無定形碳，也有排列規(guī)整的晶體碳。活性炭中除碳元素外，還包含兩類摻和物：一類是化學(xué)結(jié)合的元素，主要是氧和氫，這些元素是由于未完全炭化而殘留在炭中；另一類摻和物是灰分，它是活性炭的無機(jī)部分；灰粉是活性碳造成二次污染的主要原因。

活性炭具有微晶結(jié)構(gòu)，但排列是完全不規(guī)則的。微晶高度為0.9～1.2 nm；寬度約2.0～2.3 nm。其大小因高溫處理而顯著增大。通常，活性炭在活化過程中產(chǎn)生微孔、過渡孔或大孔。根據(jù)國際純粹與應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會（IUPAC 1972）的規(guī)定，微孔的有效半徑低于2nm；過渡孔的有效半徑在2～50nm；大孔的有效半徑大于50nm。

而活性炭的吸附原理是怎么樣的呢？

1、依靠自身獨(dú)特的孔隙結(jié)構(gòu)

活性炭內(nèi)部孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)達(dá)，有大量肉眼看不見的微孔，1克活性炭材料中微孔，將其展開后表面積可高達(dá)800－1500平方米，特殊用途的更高。正是這些高度發(fā)達(dá)，如人體毛細(xì)血管般的孔隙結(jié)構(gòu)，使活性炭擁有了優(yōu)良的吸附性能。

2、分子之間相互吸附的作用力

分子之間擁有相互吸引的作用力，也叫“凡德瓦引力”。當(dāng)一個(gè)分子被活性炭內(nèi)孔捕捉進(jìn)入到活性炭內(nèi)孔隙中后，由于分子之間相互吸引的原因，會導(dǎo)致更多的分子不斷被吸引，直到添滿活性炭內(nèi)孔隙為止。

活性炭原料分類可以分為兩種：

煤質(zhì)活性炭（各種煤和石油及其加工產(chǎn)物為原料制成的活性炭）——以煤為原料制造的活性炭通常采用水蒸氣或二氧化碳?xì)怏w活化，產(chǎn)品的形狀以顆粒狀為主，其孔徑分布以微孔居多，更適合吸附分子直徑較小的物質(zhì)。其優(yōu)點(diǎn)是生產(chǎn)成本相對較低；

木質(zhì)活性炭(椰殼活性炭、果殼活性炭、木 質(zhì) 粉 炭 等)——以木屑為原料制造的活性炭通常采取化學(xué)法活化，產(chǎn)品的形狀以粉狀為主，其孔徑分布可通過調(diào)節(jié)化學(xué)活化劑的配比來進(jìn)行控制，比較靈活，既可以制造出以微孔居多的產(chǎn)品也可制造出中孔（過渡孔）占較大比例的產(chǎn)品，吸附范圍更加廣泛；但相對煤質(zhì)活性炭，生產(chǎn)成本偏高。

活性炭外形分類可以分為以下四類：

粉末活性炭（PAC）——粉末活性炭具有過濾速度快、吸附性能好、脫色除味能力強(qiáng)、經(jīng)濟(jì)耐用等優(yōu)點(diǎn)，產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于食品、飲料、醫(yī)藥、自來水、糖、油脂等行業(yè)。
但制約粉末活性炭應(yīng)用于水處理的兩大因素：1、使用后單獨(dú)分離、回收、再生較為困難；2、相對于顆?；钚蕴?，造價(jià)更高。

顆?；钚蕴浚℅AC）——顆?；钚蕴恐饕悦嘿|(zhì)碳為原料，外觀呈黑色不定型顆粒；具有發(fā)達(dá)的孔隙結(jié)構(gòu)，良好的吸附性能，機(jī)械強(qiáng)度高，易反復(fù)再生，造價(jià)低等特點(diǎn)；產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于飲用水水處理、工業(yè)用水、廢氣處理、脫色、氣體凈化等領(lǐng)域。

活性炭棒（CTO）——活性炭棒是在顆?；钚蕴康幕A(chǔ)上經(jīng)過加工，壓縮，形成了碳棒，能加強(qiáng)清除水中的殘留異味，吸附能力更快，更強(qiáng)。CTO用在水處理設(shè)備中用以除去水的余氯、化學(xué)農(nóng)藥、異色、異味、并過濾細(xì)微雜質(zhì)等。
CTO是以外形命名，其中有擠出、壓縮、燒結(jié)幾種成型工藝：
擠出活性炭：是活性炭和普通熱熔樹脂混合后，放入螺桿擠出機(jī)加熱擠出成型的，生產(chǎn)成本低，產(chǎn)量高。但此生產(chǎn)工藝中活性炭外表被熱熔樹脂高溫后融化包裹，堵塞了活性炭微孔，完全失去了吸附效果。
壓縮活性炭：是活性炭粉體材料和無機(jī)液體粘結(jié)劑混合后，灌入特制模具，用壓力機(jī)高壓壓縮成型，出模后烘干；此工藝活性炭含量較高，過濾效果較好。但使用無機(jī)粘結(jié)材料時(shí)需高壓成型，孔徑分布難以控制，影響使用。
燒結(jié)活性炭：采用活性炭粉體材料和高分子熱熔成孔材料混合，灌入特制模具，在200-300℃高溫下燒結(jié)而成；由于這種高分子粘結(jié)材料在燒結(jié)加工工藝中可形成開式微孔，與活性炭混合后，保持了活性炭粉料比表面積大的特點(diǎn)，成孔性優(yōu)良，過濾效果更好，因其加工工藝復(fù)雜，產(chǎn)能有限。

活性炭纖維（ACF）——傳統(tǒng)活性炭經(jīng)過活化處理的多孔炭，為粉末狀或顆粒狀，而活性碳纖維則為纖維狀，纖維上布滿微孔，其對有機(jī)氣體吸附能力比顆?；钚蕴吭诳諝庵懈邘妆吨翈资?，在水溶液中高5~6倍，吸附速率快100~1000倍。ACF是繼廣泛使用的粉末活性炭、顆?；钚蕴?/a>（壓縮活性炭）之后的第三代新型吸附材料。

下面我們著重介紹活性炭纖維（ACF）與一般活性炭比較到底有什么不同呢？

活性炭纖維（ACF）

活性炭纖維（ACF）結(jié)構(gòu)：
活性碳纖維直徑為5~20μm，比表面積在1300~2200m2/g左右，平均孔徑在1.0~4.0nm?；钚蕴坷w維中并無大孔，只有少量半徑2nm—50nm的過渡孔，大量半徑小于2nm微孔均勻分布纖維表面。與活性炭相比，活性碳纖維微孔多而均勻，吸附容量大，吸附速率快，且與被吸附物質(zhì)均勻接觸，使吸附材料得以充分利用。

ACF吸附功能對比表：

粉末活性炭（Pac）<燒結(jié)活性炭棒（CTO）<顆粒活性炭（GAC）<碳纖維（ACF）

活性碳纖維（ACF）成本對比：
活性碳纖維的市場價(jià)格在40萬/噸左右，是活性炭的十幾倍到幾十倍（煤質(zhì)活性炭價(jià)格在1仟——1萬/噸左右，椰殼活性炭價(jià)格在1萬——2萬/噸左右）