活性炭是由含碳原料經(jīng)炭化、活化加工制備而成,具有發(fā)達的孔隙結(jié)構(gòu)、較大的比表面積和豐富的表面化學基團,選擇性吸附能力較強的碳材料;钚蕴烤哂辛己玫脑偕阅,可以循環(huán)使用,在石油化工、食品、醫(yī)藥、軍工乃至航空航天等領(lǐng)域均有廣泛應用,已成為國民經(jīng)濟發(fā)展和國防建設(shè)的重要的吸附材料。近年來,隨著環(huán)保、醫(yī)藥、儲能等行業(yè)的快速發(fā)展,活性炭的市場需求不斷增加,我國活性炭的生產(chǎn)量和出口量均已達到世界第一。
經(jīng)過30多年的發(fā)展,活性炭領(lǐng)域開發(fā)了很多新的生產(chǎn)技術(shù),如物理法-化學法活性炭一體化生產(chǎn)技術(shù),活性炭工業(yè)生產(chǎn)中公害化、低消耗、智能化的生產(chǎn)技術(shù)以及活性炭的再生生產(chǎn)技術(shù)等。同時,活性炭在氣相吸附、液相吸附、能源儲存和作為催化劑載體等方面的應用也取得很大的進展,全球活性炭行業(yè)具有廣闊的發(fā)展前景。目前,活性炭的研制更多的是著眼于拓展應用領(lǐng)域,因此,有針對性地研制具有特殊吸附性能的活性炭新品種、根據(jù)吸附質(zhì)的特征選擇合適的活性炭及低成本制備方法、開發(fā)活性炭清潔再生工藝與設(shè)備以達到循環(huán)利用等方面均是重要的研究方向。
本書主要是基于活性炭研究領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展成果,結(jié)合作者多年的研究和產(chǎn)業(yè)化經(jīng)驗編寫而成。在對活性炭的主要特征、用途、吸附理論進行簡單介紹的基礎(chǔ)上,重點闡述了化學法制備技術(shù)與裝置、物理法制備技術(shù)與裝置、活性炭的再生技術(shù)和設(shè)備、活性炭在氣相以及在醫(yī)藥、防輻射、電子行業(yè)等領(lǐng)域中的應用,同時對活性炭行業(yè)國內(nèi)外相關(guān)標準進行了歸納整理,并對活性炭標準化工作提出了展望。
本書在編寫過程中得到多位行業(yè)專家的指導和幫助,在此向他們表示衷心的感謝!感謝宋湛謙院士和張齊生院士為本書作序!
盡管筆者力求全面、深入地介紹活性炭的相關(guān)知識,但限于水平和時間,書中難免有疏漏和不妥之處,敬請讀者批評指正!
蔣劍春
2017年8月
第一章 概論
第一節(jié) 活性炭的主要特征和用途/ 1
一、物理結(jié)構(gòu)與分類/ 1
二、化學性質(zhì)與功能/ 6
三、主要類別與用途/ 9
第二節(jié) 活性炭吸附基礎(chǔ)理論/ 10
一、吸附的作用力/ 11
二、物理吸附和化學吸附/ 11
三、吸附等溫線及其解析方法/ 12
四、吸附熱效應/ 13
參考文獻/ 17
第二章 化學法制備技術(shù)與裝備
第一節(jié) 磷酸法活性炭制備技術(shù)與裝置/ 19
一、原輔材料準備/ 19
二、制備工藝和活化裝置/ 20
三、活化機理/ 25
四、物料與能耗平衡/ 28
第二節(jié) 氫氧化鉀法活性炭制備技術(shù)/ 29
一、原材料準備及制備工藝/ 29
二、活化機理/ 30
第三節(jié) 氯化鋅法活性炭制備技術(shù)與裝置/ 30
一、原材料準備/ 30
二、制備工藝/ 31
三、活化機理/ 37
四、影響化學藥品活化過程的主要因素/ 39
第四節(jié) 其他化學活化法/ 41
一、物理-化學活化法/ 41
二、化學-化學活化法/ 41
三、微波-化學活化法/ 41
參考文獻/ 42
第三章 物理法制備技術(shù)與裝置
第一節(jié) 物理法機理簡介/ 45
一、原料炭化/ 45
二、氣體活化法過程簡述/ 45
三、水蒸氣活化法/ 46
四、二氧化碳活化法/ 47
五、氧氣活化法/ 48
六、混合氣體活化法/ 48
七、超臨界活化法/ 48
八、熱解活化法/ 49
九、其他物理活化法/ 50
十、活化反應影響因素/ 51
第二節(jié) 物理法工藝過程及生產(chǎn)裝置/ 55
一、物理法的基本工藝過程/ 55
二、物理法工藝過程及相應生產(chǎn)裝置/ 55
三、物理法生產(chǎn)活性炭過程中應注意的問題/ 66
參考文獻/ 66
第四章 活性炭的再生技術(shù)和設(shè)備
第一節(jié) 活性炭再生原理簡述/ 70
第二節(jié) 活性炭熱再生技術(shù)/ 72
一、活性炭開始再生時間的確定/ 73
二、活性炭再生條件/ 74
三、活性炭的再生系統(tǒng)/ 74
第三節(jié) 活性炭酸堿藥劑再生/ 76
第四節(jié) 活性炭的其他化學再生技術(shù)/ 77
一、濕式氧化再生法/ 77
二、臭氧氧化再生法/ 79
三、電化學再生法/ 79
四、溶劑再生法/ 80
第五節(jié) 活性炭的其他再生方法/ 81
一、生物再生法/ 81
二、光催化再生法/ 82
三、超臨界流體再生法/ 83
四、微波輻射再生法/ 83
五、超聲波再生法/ 84
第六節(jié) 工業(yè)性再生裝置種類及其特點/ 85
第七節(jié) 活性炭再生的評價/ 91
第八節(jié) 再生的經(jīng)濟性/ 92
參考文獻/ 94
第五章 活性炭在液相中的應用
第一節(jié) 影響活性炭液相吸附的主要因素/ 97
一、活性炭添加量/ 98
二、時間/ 98
三、溫度/ 99
四、酸堿度/ 99
五、作業(yè)方式/ 100
第二節(jié) 活性炭在制藥工業(yè)中的應用/ 100
一、維生素/ 101
二、抗生素/ 102
三、去致熱原/ 103
四、激素/ 104
五、活性炭直接用于醫(yī)療/ 105
第三節(jié) 活性炭在食品工業(yè)中的應用/ 106
一、蔗糖/ 106
二、葡萄糖/ 107
三、乳酸/ 107
四、檸檬酸/ 108
五、味精/ 108
六、食用油脂/ 109
七、酒類/ 110
第四節(jié) 活性炭在水處理中的應用/ 111
一、上水的活性炭處理/ 111
二、下水的活性炭處理/ 114
三、活性炭水處理中的應用實例/ 122
參考文獻/ 127
第六章 活性炭在氣相中的應用
第一節(jié) 工業(yè)氣體分離精制過程中的應用/ 130
一、工業(yè)氣體的精制分離方法/ 130
二、活性炭在工業(yè)氣體分離精制中的應用/ 133
三、其他氣體的來源與處理/ 138
四、展望/ 140
第二節(jié) 有毒有害氣體的凈化處理/ 140
一、概述/ 140
二、應用實例/ 142
第三節(jié) 揮發(fā)性有機溶劑的吸附回收利用技術(shù)/ 149
一、溶劑回收的概要/ 149
二、用活性炭吸附的溶劑回收/ 150
三、活性炭回收溶劑技術(shù)在我國的應用/ 160
第四節(jié) 室內(nèi)用活性炭的功能和應用/ 161
一、室內(nèi)污染源種類、危害及來源/ 161
二、常用室內(nèi)空氣處理方法/ 164
三、活性炭吸附原理/ 165
四、活性炭的特殊功能及室內(nèi)應用/ 165
第五節(jié) 活性炭在儲能技術(shù)中的應用/ 173
一、活性炭的儲氫技術(shù)/ 175
二、活性炭與電化學/ 178
參考文獻/ 181
第七章 活性炭作為催化劑和催化劑載體的應用
第一節(jié) 概述/ 185
一、活性炭的催化作用/ 185
二、活性炭作為催化劑和催化劑載體的特性與改性/ 188
第二節(jié) 活性炭作為催化劑的應用/ 190
一、鹵化及脫鹵化反應/ 191
二、氧化及氧化脫氫反應/ 192
第三節(jié) 工業(yè)應用的活性炭催化劑/ 194
一、活性炭在排煙脫硫中的應用/ 194
二、活性炭在制漿白液氧化中的應用/ 200
三、活性炭在分解臭氧中的應用/ 203
第四節(jié) 負載型活性炭的制備及應用/ 207
一、催化劑載體/ 207
二、活性炭作為催化劑載體的條件/ 208
三、活性炭作為催化劑載體的影響因素/ 210
四、負載型活性炭的制備方法/ 212
五、負載型活性炭催化劑的應用技術(shù)/ 214
第五節(jié) 生物活性炭的制備與應用/ 220
一、生物活性炭的定義與特征/ 220
二、生物活性炭的制備/ 222
三、生物活性炭的應用/ 223
四、生物活性炭中微生物的機能與定量/ 228
五、生物活性炭的再生/ 229
六、今后的展望/ 230
參考文獻/ 230
第八章 活性炭應用的新領(lǐng)域
第一節(jié) 醫(yī)用活性炭/ 238
一、治療外傷/ 238
二、作口服藥使用/ 239
三、活性炭在癌癥治療方面的應用/ 242
四、血液凈化/ 245
五、在其他方面的應用/ 249
六、活性炭在醫(yī)學應用的展望/ 250
第二節(jié) 防輻射用活性炭/ 250
一、概述/ 250
二、放射性碘的捕集/ 253
三、放射性稀有氣體/ 259
四、活性炭類捕集材料及現(xiàn)存的問題/ 263
第三節(jié) 電子行業(yè)用活性炭/ 265
一、碳材料的電學性能/ 265
二、活性炭在雙電層電容器方面的應用/ 270
三、碳材料在電極材料方面的應用/ 273
第四節(jié) 納米活性炭的制備和應用/ 273
一、納米技術(shù)及納米材料的特征/ 273
二、納米碳材料/ 275
三、納米活性碳纖維及其制備/ 278
四、納米活性碳纖維的應用/ 282
第五節(jié) 新型活性碳材料/ 285
一、碳材料的多樣性/ 285
二、新型碳材料/ 286
三、活性碳材料的多樣性/ 287
參考文獻/ 294
第九章 活性炭標準
第一節(jié) 國內(nèi)活性炭標準/ 298
一、產(chǎn)品標準/ 298
二、木質(zhì)活性炭試驗方法/ 299
三、煤質(zhì)活性炭試驗方法/ 300
第二節(jié) 國外活性炭標準/ 301
一、ASTM 標準/ 301
二、JIS/JWWA 標準/ 302
三、ANSI/AWWA 標準/ 302
四、韓國標準/ 302
五、德國標準/ 302
六、法國標準/ 302
七、俄羅斯標準/ 302
第三節(jié) 其他行業(yè)有關(guān)活性炭標準/ 302
第四節(jié) 活性炭標準化工作展望/ 303
一、活性炭產(chǎn)業(yè)標準化建設(shè)/ 303
二、活性炭標準化發(fā)展趨勢/ 304