活性炭的應(yīng)用領(lǐng)域

時間:2015-04-28 14:13:48 來源: 作者: 點擊:2993次

活性炭是以煤、木材和果殼等含碳材料為原料，經(jīng)過物理方法或化學(xué)方法，經(jīng)炭化、活化、洗滌等一系列工序制造而成的，內(nèi)部孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)達(dá)、比表面積大、吸附能力強的一類微晶質(zhì)碳素材料。活性炭是食品、醫(yī)藥、化工、水處理、環(huán)保、化學(xué)、國防、農(nóng)業(yè)等工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)不可缺少的重要的工業(yè)產(chǎn)品并廣泛應(yīng)用于人們的目常生活中。
自從上世紀(jì)初問世以來，活性炭的應(yīng)用領(lǐng)域隨著人們對其研究的不斷深入而日益擴展，應(yīng)用數(shù)量也不斷遞增。按應(yīng)用領(lǐng)域區(qū)分為工業(yè)用和民用。
工業(yè)用①食品飲料工業(yè)：活性炭在食品飲料工業(yè)中具有脫色、脫臭、除去膠體、提高結(jié)晶、增強穩(wěn)定性、調(diào)香以及有效物質(zhì)再回收利用等多種功用，因此被廣泛應(yīng)用于制糖、乳制品、釀造、食用油以及食品添加劑等食品飲料工業(yè)中的各個領(lǐng)域。由于木質(zhì)活性炭灰分低、雜質(zhì)少、純度高，目前國內(nèi)食品飲料工業(yè)所需活性炭主要以磷酸法木質(zhì)粉狀活性炭為主。預(yù)計今后幾年國內(nèi)食品和飲料行業(yè)中的活性炭消費量仍會保持10%左右的增長率，消費量在2012年將達(dá)到5.94萬。②水處理業(yè)：活性炭用于水處理通常分為生活用水凈化和污水處理。活性炭在凈水中的應(yīng)用日益廣泛，這是因為一方面活性炭對水中有機物有很好的吸附特性，對水中苯類化合物、酚類化合物、石油及石油產(chǎn)品、洗滌劑、合成染料以及許多人工合成的有機物等有較強的吸附能力，比如對COD（化學(xué)需氧量）、BOD（生化需氧量）、TOC（總有機碳量）等綜合指標(biāo)表示的有機物除去率一般達(dá)70%～90%；另一方面活性炭處理自來水不會導(dǎo)致Ca、Mg的損失;工業(yè)污水的深度凈化處理。如印染廢水的三級脫色、電鍍廢水的重金屬離子脫除、造紙廢水的凈化回用、石化工業(yè)廢水的COD脫除以達(dá)標(biāo)排放等，活性炭被證明是最有效的深度凈化材料之一。生活污水的深度凈化回用。由于城市生活污水的無序排放，其中的BOD、COD、VOC、TOC、NH3–N、NO3﹣–N、P、重金屬等污染物對地表飲用水源的污染日益嚴(yán)重，我國的主要河流、湖泊水質(zhì)惡化情況已非常嚴(yán)峻，為了緩解水資源危機，各主要城市的生活污水處理廠均將污水的深度凈化回用工程列入日程，而活性炭吸附法是目前可選的深度凈化技術(shù)之一;隨著我國社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，水資源緊缺和水環(huán)境污染問題日趨嚴(yán)峻。近年來，我國水資源總量和人均水資源占有量總體呈下降趨勢。我國水資源嚴(yán)重短缺。在此背景下，水處理即水資源的循環(huán)利用成為活性炭的最大市場，同時也是增長最快的領(lǐng)域之一，預(yù)計未來幾年國內(nèi)的年均增長率為15%，至2012年，水處理用活性炭消費市場將達(dá)到10.1萬噸/年的規(guī)模。③醫(yī)藥工業(yè)：醫(yī)藥工業(yè)也是活性炭的一大用戶。抗菌類藥品、磺胺類藥品等生產(chǎn)過程中都要經(jīng)活性炭脫色提純，尤其是注射劑必須經(jīng)活性炭處理，并用在血液凈化、腎透析、口服潰瘍治、止血炭紗布、皮膚病外用炭藥膏等, 同時活性炭可以直接作為藥品。活性炭對人體外源性毒素（如食物中毒、農(nóng)藥等）和內(nèi)源性毒素（如甘油三脂、肌肝、尿酸等）都有很好的吸附作用，活性炭因此可被用作解毒劑和清腸劑。同時，活性炭也被作為其他藥物的載體進(jìn)行使用，如活性炭擔(dān)載治癌藥物直接注射治療腫瘤具有顯著療效。由于木質(zhì)粉狀活性灰分少，純度高，是醫(yī)藥用活性炭主要來源。2007年，國內(nèi)藥用炭及針劑炭的需求量約為15,000噸，預(yù)計到2012年該領(lǐng)域的市場需求將達(dá)到18,200噸。④化工、冶金、印染及橡膠等工業(yè)：活性炭在化學(xué)工業(yè)中主要用作化工催化劑及載體、氣體凈化、溶劑回收及油脂等的脫色、精制。例如工業(yè)煙道氣的脫硫脫硝。火力發(fā)電廠排放的SOX和NOX是造成全球大氣污染和酸雨的主要元兇，傳統(tǒng)的石灰乳脫硫技術(shù)會造成水體污染，并非一種完美的環(huán)保技術(shù)。1986年，日本三井礦山株式會社率先研發(fā)成功活性炭干法DeSOXDeNOX技術(shù)，目前已發(fā)展成為最成功的環(huán)保技術(shù)之一，已在世界主要發(fā)達(dá)國家推廣使用。預(yù)計到2010年，脫硫脫硝活性炭的世界需求量將達(dá)60～80萬噸/年。預(yù)計今后幾年國內(nèi)化工、冶金等各行業(yè)的活性炭消費量仍會保持10%以上的增長率，到2012年消費量在2005年將達(dá)到68,000噸。⑤其它新興領(lǐng)域：天然氣吸附存貯，燃?xì)庑蜋C動車是低排氣污染型汽車，采用液化天然氣作燃料時，由于貯氣罐為高壓容器，一旦發(fā)生車禍，極可能發(fā)生劇烈爆炸引起更大的傷亡事故，目前已研發(fā)出了特殊的專用型天然氣吸附存貯用活性炭產(chǎn)品，可將貯氣罐的壓力由幾十個MPa降至5MPa左右，使其安全性提高了幾百倍；二惡英類氣相污染物的脫除。二惡英類化合物是一大類含鹵素有機物的總稱，是近年來新發(fā)現(xiàn)的劇烈氣相致癌物質(zhì)，大量產(chǎn)生于城市垃圾焚燒裝置的排放煙氣中，活性炭，可高效脫除二惡英類污染物，目前的應(yīng)用已非常廣泛。燃煤電廠控制汞排放用粉狀活性炭將是活性炭新的市場增長點，美國從2005年開始控制和削減燃煤電廠汞排放量，成為世界上第一個控制燃煤電廠汞排放的國家，并計劃到2018年將汞排放減少69%。在控制汞排放的方法中，活性炭吸附法是最經(jīng)濟(jì)有效的方法之一，預(yù)計美國市場該類活性炭的需求量將在2010年后每年達(dá)到15萬噸以上。雙電層電容器(Electric double layer capacitor，EDLC)，是一種介于傳統(tǒng)靜電電容器和電池之間的新型儲能器件。它具有能量密度高、功率密度高、循環(huán)壽命長、污染小等優(yōu)點，因此被廣泛應(yīng)用于通訊、電子、電動汽車、航空航天和國防等領(lǐng)域。雙電層電容器的研究，主要集中在高性能電極材料的制備上。電極材料主要有碳材料、金屬氧化物和導(dǎo)電聚合物。其中高比表面積的活性炭由于具有比表面積大、化學(xué)穩(wěn)定性高、導(dǎo)電性好等特征，一直是EDLC的首選電極材料。同時活性炭也被應(yīng)用于改良土壤、提高地溫、增加土地水容量、改善透氣性、使農(nóng)藥和肥料緩釋，進(jìn)而達(dá)到增加農(nóng)業(yè)產(chǎn)量之目的的研究；在色譜分析領(lǐng)域，隨著色譜分析的普及，活性炭在分析上作為試樣的精制、分離、濃縮的普遍手段之一，也已經(jīng)得到廣泛采用。
民用活性炭①家用水質(zhì)凈化：要用于除去生活用水中的殘留消毒劑及產(chǎn)生的副產(chǎn)物和異臭、異味；新居室：用于吸附新居室內(nèi)空氣中以及持續(xù)釋放到空氣中的甲醛、苯系物、TOVC、氨氣及氡等有毒有害氣體，快速清除裝修異味。衣櫥、書柜、鞋柜：祛味、解毒、除濕、防蟲、除臭、殺菌、保存字畫等；衛(wèi) 生間：除臭殺菌、清新空氣；地板：祛味、防潮、防霉、防蟲蛀，保護(hù)地板不變形；工藝品：用黑色的活性炭手工雕刻出來的炭雕不僅極具藝術(shù)欣賞價值，而且其獨特的吸附能力還能夠有效清除室內(nèi)空氣中的有害氣體、煙霧和異味②汽車：吸附新車內(nèi)各種有害氣體及舊車內(nèi)各種異味和汽車尾氣的凈化，歐美國家早在20世紀(jì)70年代制定了法規(guī)，要求在汽車上安裝裝填活性炭的碳罐對汽油蒸汽進(jìn)行吸附，以防止燃油的揮發(fā)污染。近年來，隨著汽車工業(yè)的飛速發(fā)展，以及各國環(huán)境保護(hù)排放標(biāo)準(zhǔn)的日趨嚴(yán)格，車用活性炭碳罐的應(yīng)用技術(shù)及普及率以不斷提高，并保持較快的增長趨勢。③防毒系列：用作防毒口罩、面具，在存在有毒氣體的環(huán)境中，活性炭或添載了化學(xué)藥劑后的活性炭常被用作個體防護(hù)用品的關(guān)鍵部件；在2002年歲末和2003年初爆發(fā)的SARS危機中，添加了載銀活性炭的特護(hù)面具起到了保護(hù)醫(yī)護(hù)人員的作用④美容產(chǎn)品: 活性炭，憑借優(yōu)越的吸附油脂和污垢功效，成為護(hù)膚潮流的熱點。活性炭深層潔面乳具有強力吸附毒素和雜質(zhì)的功效，能像磁石般吸走毛孔內(nèi)堆積的油脂與深層污垢。有輕微磨沙作用的炭性微粒，更可深層潔凈毛孔中的污垢，預(yù)防青春痘與黑頭的產(chǎn)生；.⑤ 保健領(lǐng)域：活性炭膠囊、食品等，利用活性炭對有毒物質(zhì)的吸收被專門用于吸收胃腸道內(nèi)有害物質(zhì)同時活性炭能減輕食物中的有害化學(xué)殘留物對人體的危害起到養(yǎng)生保健的目的。
未來幾年中國民用市場將有約15萬噸/年的需求潛力，且民用產(chǎn)品價格高，并且隨著民用品的普及化，這個數(shù)字將越來越大，并將逐步成為人類治理空氣環(huán)境、飲水品質(zhì)，保持健康的主要方式，其市場潛力無可限量
未來活性炭優(yōu)良的吸附性能和在國民經(jīng)濟(jì)中的廣泛應(yīng)用，將繼續(xù)顯示其旺盛的生命力。特別在倡導(dǎo)低碳經(jīng)濟(jì)的今天，木質(zhì)活性炭所具有資源綜合回收利用、節(jié)能環(huán)保的循環(huán)經(jīng)濟(jì)屬性，在不斷深入和發(fā)展的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒂懈嗟陌l(fā)展機遇。

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