柱狀活性炭發揮吸附性強本能優勢 引領環保行業
柱狀活性炭對水體中的揮發性有機物有比較好的吸附效果,可使水體中各種揮發性有機物去除率達到25%~65%。比較各種不同分子量有機物的吸附規律可以看出,對于揮發性有機物,分子量越大,它們的去除率就越高。這與苯酚與陽離子嫩黃的吸附規律類似,即對于水體中的小分子有機物而言,分子量越大,越容易被柱狀活性炭吸附。
柱狀活性炭對分子量小于480以下的可提取有機物有著很好的去除效果,而對大分子有機物的去除效率很低。這主要是由于柱狀活性炭的微孔結構空問位阻效應,太大的有機物分子不能進入到柱狀活性炭的孔隙內部,只能在柱狀活性炭的表面吸附,這樣它在柱狀活性炭上的有效吸附位下降,致使其吸附效率較小。
通過對柱狀活性炭對揮發性及有機物的吸附效果進行對比得出以下結論:
柱狀活性炭對揮發性有機物與可提取有機物吸附有著較大的差別。揮發性有機物隨分子量的增大,其吸附效果越好,而可提取有機物隨分子量的減小,其吸附效果越好。這主要是由于揮發性的有機物主要是一些極性比較小的有機物,而可提取的有機物是極性比較大的有機物,柱狀活性炭本身可以看作是一個非極性吸附劑,對水中非極性物質的吸附能力大于極性物質的吸附能力。而且,吸附質分子大小與柱狀活性炭呈一定比例時,有利于吸附。對于極性較小的分子,分子量越大,越有利于吸附。
主要結論:柱狀活性炭對水體中各種有機物的吸附有非常大的競爭性,其對各種有機物吸附量的大小不僅與有機物的分子結構有關,而且與水體中有機物種類的多寡有關。同時,對于揮發性有機物與可提取有機物,它們在柱狀活性炭上的吸附量與分子量的大小關系截然相反。可提取有機物隨分子量的增大,其吸附性能減弱;而揮發性有機物隨分子量增大起吸附性能亦增大。
吸附性質是柱狀活性炭的首要性質。柱狀活性炭具有像石墨晶粒卻無規則地排列的微晶。在活化過程中微晶間產生了形狀不同、大小不一的孔隙,假定柱狀活性炭的孔隙是圓筒孔形狀,按一定方法計算孔隙的半徑大小可分為二類:
(1) 按IUPAC分:
微孔 <1.0nm
中孔 1-25nm
大孔 >25nm。
(2) 按習慣分:
微孔 <150nm
中孔 150-20 000nm
大孔 >20 000nm。
由于這些孔隙,特別是微孔提供了巨大的表面積。
微孔的孔隙容積一般只有0.25-0.9mL/g,孔隙數量約為1020個/g,全部微孔表面積約為500-1500m2/g,通常以BET法測算,也有稱高達3500-5000 m2/g的。柱狀活性炭幾乎95%以上的表面積都在微孔中,因此除了有些大分子進不了外,微孔是決定柱狀活性炭吸附性能高低的重要因素。中孔的孔隙容積一般約為0.02-1.0mL/g,表面積高可達幾百平方米,一般只有柱狀活性炭總蠶種的約5%。其作用能吸附蒸汽,并能為吸附物提供進入微孔的通道,又能直接吸附較大的分子。
大孔的孔隙容積一般約為0.2-0.5 mL/g,表面積只約0.5-2 m2/g,其作用一是使吸附質分子快速深入柱狀活性炭內部較小的孔隙中去;二是作為催化載體時,催化劑常少量沉淀在微孔內,大都沉淀在大孔和中孔之中。
所提的柱狀活性炭表面積理應包括內表面積和外表面積,事實上吸附性質主要來自巨大的內表面積,因此不能誤認為:把柱狀活性炭研碎磨細會明顯提高表面積從而提高吸附力。
很多吸附是可逆的物理吸附,即被吸附物為流體,在一定溫度和壓力下被柱狀活性炭吸附,在高溫低壓下被吸附物又解吸出來,柱狀活性炭內表面恢復原狀。這是廣泛應用的物理吸附,學術上又稱為范德華吸附。
柱狀活性炭是具有弱極性的多孔性吸附劑,具有發達的細孔結構和巨大的表面積,是目前微污染水源水深度處理有效的手段,尤其去除水中農藥殺蟲劑,除草劑等微污染物質和臭味,消毒副產物等,是其它水處理單元工藝難以取代的。但柱狀活性炭對有機物的去除也受到有機物特性的影響,主要是有機物的極性和分子大小的影響,同樣大小的有機物,溶解度愈大,親水性愈強,柱狀活性炭對其吸附性愈差,反之對溶解度小,親水性差極性弱的有機物如苯類化合物、酚類化合物、石油和石油產品等具有較強的吸附能力,對生化法和其它化學法難于去除的有機物,如形成色度和異嗅的物質,有較好的去除效果。
柱狀活性炭的孔徑特點決定了柱狀活性炭對不同分子大小的有機物的去除效果。柱狀活性炭的孔隙按大小一般分成微孔、過渡孔和大孔,但微孔占絕對數量。柱狀活性炭中大孔主要分布在炭表面對有機物的吸附作用小,過渡孔是水中大分子有機物的吸附場所和小分子有機物進入微孔的通道,而占95%的微孔則是柱狀活性炭吸附有機物的主要區域。按照立體效應,柱狀活性炭所能吸附的分子直徑大約是孔道直徑的1/2到1/10。也有人認為柱狀活性炭起吸附作用的孔道直徑(D)是吸附質分子直徑(d)的1.7~21倍,佳范圍是D/ d=1.7~6。所以,柱狀活性炭對500~3000的有機物有十分好的去除效果,對于大于3000和小于500的有機物沒有去除。對于小于500的有機物沒有去除甚至增加原因,是由于小于500的有機物親水性較強,易被分子量比其更大而憎水性強的能進入柱狀活性炭微孔內的有機物所取代。
隨著科學的發展,柱狀活性炭的用途也越來越廣泛,隨著國家對生態環境的重視,柱狀活性炭也了揮著越來越大的作用。柱狀活性炭的作用柱狀活性炭具有一種強烈的“物理吸附”和“化學吸附”的作用,可將某些有機化合物吸附而達到去除效果,利用這個原理,我們就能很快而有效地去除水族箱水質中的有害物質、臭味以及色素等等,使水質獲得直接而迅速的改善。水族市場出售有多種柱狀活性炭產品,許多水族愛好者很難辨別它們的好壞。有的產品根本只是木炭而已,無法有效地去除有害物質,這種從表面上看起來象木炭的產品,通常具有光澤,好不要購買。好的柱狀活性炭產品是經過“活化處理”的,所謂“活化處理”是指在制造過程中,將柱狀活性炭的孔隙率給予顯著地提高,使其更具吸附力。但是產品是否有經過“活化處理”用肉眼是很難辯識的,通常只能根據產品的特性說明去判斷。此外,在選購時請記住顆粒愈小,效果愈好。因為它的總表面積愈大,孔隙愈多。但顆粒也不可太細而成粉末狀,以免造成使用上的不便,影響到過濾器的過濾流量。一般以粒度約為直徑1mm較佳。柱狀活性炭雖然可用予去除水質中的懸浮物,但它的空隙很快就會被懸浮物堵塞,而失去原來的功效。所以應該把它放置在過濾棉的下面,讓過濾棉先處理掉水質中的懸浮物后,過濾棉無法處理的可溶性有害物質再交由柱狀活性炭來處理,但為防止顆粒太小的柱狀活性炭隨著濾水的尾程流入水族箱內,也為了以后能方便地更換,好是將它作為第二層過濾材料來放置,而將其他的過濾材料,諸如:生物過濾球、陶瓷圈等等放置其下。
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