一、活性炭過濾原理 

   活性炭的吸附能力與水溫的高低、水質(zhì)的好壞等有一定關(guān)系。水溫越高，活性炭的吸附能力就越強；若水溫高達３０℃以上時，吸附能力達到極限，并有逐漸降低的可能。當(dāng)水質(zhì)呈酸性時，活性炭對陰離子物質(zhì)的吸附能力便相對減弱；當(dāng)水質(zhì)呈堿性時，活性炭對陽離子物質(zhì)的吸附能力減弱。所以，水質(zhì)的ＰＨ不穩(wěn)定，也會影響到活性炭的吸附能力?！　?nbsp;

    活性炭的吸附原理是：在其顆粒表面形成一層平衡的表面濃度，再把有機物質(zhì)雜質(zhì)吸附到活性炭顆粒內(nèi)，使用初期的吸附效果很高。但時間一長，活性炭的吸附能力會不同程度地減弱，吸附效果也隨之下降。如果水族箱中水質(zhì)混濁，水中有機物含量高，活性炭很快就會喪失過濾功能。所以，活性炭應(yīng)定期清洗或更換?！?/p>

    活性炭顆粒的大小對吸附能力也有影響。一般來說，活性炭顆粒越小，過濾面積就越大。所以，粉末狀的活性炭總面積最大，吸附效果最佳，但粉末狀的活性炭很容易隨水流入水族箱中，難以控制，很少采用。顆粒狀的活性炭因顆粒成形不易流動，水中有機物等雜質(zhì)在活性炭過濾層中也不易阻塞，其吸附能力強，攜帶更換方便。　　 

活性炭的吸附能力和與水接觸的時間成正比，接觸時間越長，過濾后的水質(zhì)越佳。注意：過濾的水應(yīng)緩慢地流出過濾層。新的活性炭在第一次使用前應(yīng)洗滌潔凈，否則有墨黑色水流出?；钚蕴吭谘b入過濾器前，應(yīng)在底部和頂部加鋪２～３厘米厚的海綿，作用是阻止藻類等大顆粒雜質(zhì)滲透進去，活性炭使用２～３個月后，如果過濾效果下降就應(yīng)調(diào)換新的活性炭，海綿層也要定期更換。 

二、影響粒狀活性炭應(yīng)用的主要性質(zhì)  

     應(yīng)用粒狀活性炭，尤其大量應(yīng)用，最影響效果和成本的活性炭主要性質(zhì)是：吸附量；壓降或床層膨脹；抗磨性；大小、水分、灰分、pH值和可溶物。 　

     應(yīng)用較為大量的粒狀活性炭都裝在柱型設(shè)備中，就要講究壓降(壓頭損失)或床層膨脹，是設(shè)計炭柱的必要因素。壓降由微粒大小和大小分布所決定。床層膨脹由微粒大小、形狀和大小分布以及微粒密度所決定。 

     大量使用粒狀活性炭時，常加水以泵輸送和以運輸帶脫水，因此要重視活性炭的損失量，講求活性炭的抗磨性。

三、評價活性炭的吸附能力 

      吸附分液相吸附和氣相吸附兩類，液相吸附能力常以吸附等溫線進行評價，氣相吸附能力以溶劑蒸氣吸附量評價。

　　吸附等溫線表示一定溫度下吸附系統(tǒng)中被吸附物質(zhì)的分壓或濃度與吸附量之間的關(guān)系，即當(dāng)保持溫度不變，可測得平衡吸附量和分壓或濃度間的變化關(guān)系。以剩余濃度為橫軸，以活性炭單質(zhì)量的吸附量為縱軸可繪出關(guān)系曲線。

　　當(dāng)保持分壓或濃度不變，可測得平衡吸附量和溫度間的變化關(guān)系，繪出關(guān)系曲線，即吸附等壓線。由于在工業(yè)裝置中少量成分吸附大致在等溫狀態(tài)下進行，所以吸附等溫線最為重要和常用。

　　溶劑蒸氣吸附量表示氣相吸附性能，可用顆?；钚蕴康乃穆然嘉铰实臏y定為例，在規(guī)定的試驗條件下，即規(guī)定的炭層高度、氣流比速、吸附溫度、測定管截面積、四氯化碳蒸氣濃度的條件下，持含有一定四氯化碳蒸氣濃度的混合空氣流不斷地通過活性炭，當(dāng)達到吸附飽和時，活性炭試樣所吸附的四氯化碳的質(zhì)量與試樣質(zhì)量之百分比作為四氯化碳的吸附率。

　　活性炭應(yīng)用中對于吸附能力，最好用實際擬用的活性炭、操作的條件、具體的處理物進行評價測試。

　　活性炭的吸附量，即單位活性炭所吸附的吸附質(zhì)的量，工業(yè)上也有稱為活性炭的活性，活性有兩種表示方法：

　　靜活性-----即通常所指的吸附劑達到平衡的吸附量。

　　動活性----是指流體混合物通過活性炭床層，其中吸附質(zhì)被吸附，經(jīng)一些時間的運作，活性炭床層流出的流體中開始出現(xiàn)含有一定的吸附質(zhì)，說明活性炭床層失去吸附能力，此時活性炭上已吸附的吸附質(zhì)的量，就稱為活性炭的活性。是設(shè)計大量的、經(jīng)常的、重要的吸附系統(tǒng)所需的數(shù)據(jù)。

　　用液相等溫線法測定活性炭吸附能力的標(biāo)準實用方法，可用于測定原始的和再活化的和粉狀活性炭的吸什能力。

四、活性炭比表面積和吸附能力的關(guān)系  

   一般來說活性炭的比表面積（BET）越大，吸附力也越大，但是有時候卻不一定。

　　BET是用氮氣或丁烷的吸附方法測出活性炭總表面積的應(yīng)用參數(shù)。按理BET越大，吸附力就越大。可是在實際應(yīng)用中這概念有局限性，因為活性炭的孔有大孔、中孔和微孔的區(qū)別，有時僅有部分的孔適合于某類大小吸附物的進入。

　　在液相應(yīng)用中，通常有機物的吸附值隨分子量（分子大?。┑奶岣叨岣?。直到分子大到不能進孔為止。最理想的活性炭是具有大量恰好稍大于吸附物分子的孔?？滋?，吸附物進不了；孔太大，使單位體積的表面積減少。

　　在氣相應(yīng)用中，小分子被吸附進入微孔。這時總表面積的概念是合用的。至于活性炭對金屬絡(luò)合物的吸附，涉及化學(xué)鍵的形成，也不是BET越大越好。

五、活性炭在液相吸附中的應(yīng)用 

活性炭在液相中主要用于脫色精制，有時也用于捕集回收或分離。 

液體用活性炭進行脫色精制時，除了脫色（即吸附除去在可見光波長內(nèi)具有吸光性的物質(zhì)）以外，同時還能夠除去在可見光波長以外具有吸光性的物質(zhì)，除去顏色的前軀物質(zhì)，除去有臭味的物質(zhì)或調(diào)整香味，除去臭味的前軀物質(zhì)，除去渾濁及可能導(dǎo)致渾濁的物質(zhì)，除去起泡性物質(zhì)，除去妨礙結(jié)晶的物質(zhì)，除去膠體物質(zhì)，除去對膠體有保護性的物質(zhì)，除去生理性有害物質(zhì)，以及除去促進產(chǎn)品變質(zhì)的物質(zhì)等，具有多種綜合性的精制作用。 

液相擴散速度比氣相小得多，為了在短時間內(nèi)獲得吸附效果，因此常常使用粒度很細小的粉末狀活性炭。但是，在處理量很大的場合，顆粒狀活性的用例不斷增加。因為其操作方便，容易再生。表3-6-4中列示了液相中使用活性炭的主要操作方式。

表3-6-4  液相中使用活性炭的主要操作方式。

六、活性炭在精制氣體中的應(yīng)用 

精制工業(yè)用原料氣體或工藝氣體 活性炭用于精制多種工業(yè)用原料氣體或工藝氣體，以除去它們中所含有的各種雜質(zhì)，提高純度和使用價值。表3-6-1中列示了用活性炭精制的一些氣體名稱以及要除去的雜質(zhì)成分。

表3-6-1  活性炭對原料氣體及工藝氣體的精制 

    由表3-6-1可見，用活性炭精制氣體是將小分子、低沸點氣體中的少量大分子、高沸點的氣體除去。

七、活性炭在液相吸附中的應(yīng)用 --水處理

    水處理 水處理是活性炭應(yīng)用廣，潛力最大的部門。飲用水的質(zhì)量直接關(guān)系人體健康；排水及廢水處理與否對地球水環(huán)境有重大影響。發(fā)達國家活性炭用量的50%以上與水處理有關(guān)；我對水質(zhì)重視程度也逐漸增加。

（1）處理上水（自來水）：上水用活性炭處理的目的是提高水質(zhì)，除去臭氣、臭味、腐殖質(zhì)、油類、農(nóng)藥、洗滌劑等對人體有害的物質(zhì)。

（2）處理生產(chǎn)用水：活性炭在處理各種生產(chǎn)用水中獲得廣泛應(yīng)用。如在釀造業(yè)、清涼飲料業(yè)及制冰業(yè)，使用活性炭除去地下水中的顏色、臭味、膠體物質(zhì)、洗滌劑、農(nóng)藥及其他有機物質(zhì)，或者除去自來水中的游離氯氣、臭味等；電力、化學(xué)等工業(yè)部門用活性炭處理鍋爐用水及鍋爐回流水的脫油；醫(yī)藥工業(yè)用活性炭除去水中的致熱源；電子工業(yè)使用活性炭制取超純水；海運業(yè)使用活性炭制造飲用水；水族館中用活性炭除去自來水中的氯氣等。

此外，活性炭還用于保護離子交換樹脂，凈化工廠的循環(huán)用水等。

（3）處理生產(chǎn)廢水：各種生產(chǎn)過程中排出的廢水，含有不同的雜質(zhì)，但比較單純，易于進行處理。因此，應(yīng)該處理以后再排放或者循環(huán)使用。

  （4）處理下水（污水）：下水是各種廢水匯集成的污水，成分極其復(fù)雜。進行處理時，通常將凝聚沉淀法（物理法）、活性炭泥法（生物法）與活性炭吸附法配合使用，以提高處理效果，降低處理成本。活性炭處理通常和生物法配合使用，或置于其后作為終級處理。經(jīng)過處理，可以除去顏色、農(nóng)藥、洗滌劑、臭味，以及BOD、COD、TOC等雜質(zhì)，作為工農(nóng)業(yè)用水而再次利用或排放。

八、活性炭對各種蒸氣之吸附能力 

九、活性炭對各種有機物質(zhì)之吸附容量 

十、不適合使用活性炭吸附處理的VOCs 

反應(yīng)性化合物 

有機酸、醛類、某些酮類、某些聚合物單體 

酚類 

二醇類、胺類 

高沸點物 

可塑劑、樹脂14以上之長鏈碳氫化合物

十一、活性炭在液相吸附中的應(yīng)用 

其他液相精制 除了水處理以外，活性炭還在制糖、食品、釀造、醫(yī)藥、化工等許多部門的液相精制中具有廣泛的用途。表3-6-5中列舉了一些覺見的用例。

表3-6-5活性炭液相精制的用例

注：A：脫色；B：除去膠體物質(zhì)；C：提高結(jié)晶性；D：提高產(chǎn)品穩(wěn)定性；E：調(diào)整香料；F：脫臭；G：去除白土臭；H：提高純度和得率；I：除去起泡性物質(zhì)；J：再利用。

十二、氣相回收及捕集 

其他氣相成分的捕集或回收 活性炭除用于從空氣中回收有機溶劑以外，還廣泛地用于從其他氣相成分中捕集和回收各種有關(guān)物質(zhì)。表3-6-3中列舉了這方面的一些用例。 

表3-6-3  活性炭在其他氣相捕集或回收中的應(yīng)用 

下面以防止汽車中汽油揮發(fā)裝置為例，說明活性炭在捕集回收方面的具體應(yīng)用。該裝置的工作原理。汽車停止時，由于氣溫升高、太陽照射等原因，使油箱、化油器、氣缸等處汽油揮發(fā)。揮發(fā)出去的氣體通過裝置中的活性炭層（過濾器）吸附，防止擴散到外界。當(dāng)汽車開支行駛時，通過吸氣管的負壓和排氣管的壓力，使壓力動作閥動作，讓濾氣器中一部分空氣經(jīng)過活性炭層以后再進入吸氣管中。此時，活性炭層所吸附的汽油脫附，隨空氣進入氣缸中燃燒；同時，活性炭獲得再生。這種裝置中只充填了幾百克顆粒狀活性炭，就不僅能防止汽油揮發(fā)到外界污染空氣，還能夠節(jié)約汽油，而且使用十分方便。

十三、分離氣體  

      利用活性炭對不同種類的氣體具有不一樣的吸附能力這一性質(zhì)，活性炭吸附法常用于分離氣體。
    用活性炭從天然氣中分離汽油組分時，初期，活性炭逐漸被包括甲烷等分子量小的烴類物質(zhì)在內(nèi)的組分所飽和，但是隨著吸附時間的延長，由于活性炭具有對分子量大的同族化合物吸附能力大的特性，所吸附的甲烷等低級烴類逐漸被分子量大的己烷、戊烷等置換出來。結(jié)果，活性炭中吸附保留的主要是汽油組分，而甲烷、乙 烷、丙烷之類分子量小的組分則穿過活性炭層，保存在氣相中，從而達到分離的目的。

    又如，利用壓力循環(huán)吸附法，可以使用活性炭將空氣中的氧氣和氮氣分開；利用活性炭吸附法，能從煤氣中分離出苯，能從反應(yīng)產(chǎn)物中進行同分異構(gòu)體的分離等等。

十四、活性炭應(yīng)用注意事項 

  　1、運輸與裝卸： 活性炭在運輸過程中，不得用鐵鉤拖拽，應(yīng)防止與堅硬物質(zhì)混裝，不可強烈振動、磨擦、踩、砸，嚴禁拋擲，應(yīng)輕裝輕卸，以減少炭粒破碎，影響使用。

    2、儲存：應(yīng)儲存于陰涼干燥處，防止內(nèi)外包裝袋破裂，防止受潮和吸附空氣中其它物質(zhì)，影響使用效果。嚴禁與有毒有害氣體或易揮發(fā)物質(zhì)混放，存放要遠離污染源??

    3、嚴禁水浸： 活性炭屬于多孔性吸附類物質(zhì)，所以在運輸、儲存和使用過程中，都要絕對防止水浸，因水浸后，水填充了活性孔隙，減少了活性炭比表面與氣體的直接接觸，嚴重影響使用效果。

    4、防止焦油類物質(zhì)： 在使用過程中，應(yīng)禁止焦油類粘稠物質(zhì)進入活性炭床，以免堵塞活性炭孔隙或遮蓋了活性炭展開表面，使氣體不能與活性炭展開表面接觸，失去應(yīng)用效果，如氣體中含有此類物質(zhì)，應(yīng)在氣體進入活性炭床前進行清除（最好有除焦設(shè)備）以達到好的應(yīng)用效果。

    5、防火： 活性炭在儲存或運輸時，防止與火源直接接觸，以防著火?；钚蕴吭偕鷷r避免進氧并再生徹底，再生后必須用蒸氣冷卻降至800℃以下，否則溫度高，遇氧，活性 炭自燃。

    6、使用： 裝填時應(yīng)先篩去因搬運產(chǎn)生的碎粒與粉塵。然后層層均勻鋪開，不得從進料孔處直接倒入，以免使大小顆粒裝填不均，最終造成氣體偏流，影響使用效果。裝填結(jié)束，開車前應(yīng)先吹空，吹出活性炭表面粘附粉塵，避免開車后粉塵帶入后工段而影響正常生產(chǎn)。 

    7、安全需知： 濕的活性炭需要從空氣中除去氧，在安全密閉的容器內(nèi)氧的消耗會造成有毒的環(huán)境，假如工人進到含有活性炭的容器內(nèi)適當(dāng)取樣或低含氧空間作業(yè)，應(yīng)遵守國家相關(guān)標(biāo)準及作業(yè)規(guī)范。

十五、活性炭再生