中國煤質(zhì)活性炭

前言

　　活性炭是一種具有特殊微晶結(jié)構(gòu)、孔隙發(fā)達、比表面積巨大、吸附能力強的功能性碳材料。作為優(yōu)良的吸附劑、催化劑和催化劑載體，已廣泛應(yīng)用于制糖、醫(yī)藥、食品、化工、國防、農(nóng)業(yè)以及人們的衣食住行中。近年來，隨著世界經(jīng)濟的快速發(fā)展和人們生活水平的不斷提高，防止環(huán)境污染、凈化人類生存環(huán)境日益受到重視，而活性炭的使用是達到其目標的強有力手段之一，且其用量在近20年來以每年約3％-5％的速度遞增。　　作為以炭為主體的吸附劑，從理論上說，所有含碳材料均可用于活性炭的生產(chǎn)。早期活性炭生產(chǎn)主要采用的是木質(zhì)原料，如木炭、炭化木屑等，隨著活性炭制造技術(shù)的不斷發(fā)展，特別是氣體活化法技術(shù)的工業(yè)應(yīng)用，堅果殼(其中主要是杏殼及椰殼)開始作為活性炭生產(chǎn)原料用于不定型顆?；钚蕴康纳a(chǎn)。第二次世界大戰(zhàn)后，活性炭的應(yīng)用領(lǐng)域日趨廣泛，需求量不斷擴大，以煤為原料生產(chǎn)的活性炭由于原料來源廣泛、品種多、價格相對低廉，因而在活性炭總生產(chǎn)量中所占比重不斷增多，進入20世紀80年代后，煤質(zhì)活性炭年產(chǎn)量已占到世界活性炭年總產(chǎn)量的約2／3，是目前乃至可以預(yù)見的將來活性炭行業(yè)發(fā)展最快的領(lǐng)域，也是應(yīng)用范圍最廣、最具前景的活性炭產(chǎn)品種類?！　∧壳?，世界上活性炭的年總產(chǎn)量已達90萬噸以上，其中生產(chǎn)量居首位的是中國，截止2007年，其年生產(chǎn)能力已突破40萬噸，實際生產(chǎn)能力在30萬噸左右。其次是美國，其年生產(chǎn)能力為18萬噸，其余主要活性炭生產(chǎn)國家或地區(qū)中，西歐各國年產(chǎn)量約15萬噸，日本年產(chǎn)量為(8-10)萬噸，俄羅斯約8萬噸。中國的活性炭工業(yè)是建國后開始發(fā)展起來的，但至20世紀70年代末時年總產(chǎn)量一直在1萬噸以下，未能形成工業(yè)規(guī)模，之后隨著國內(nèi)外需求量的不斷增長，尤其是活性炭出口量的激增，使中國國內(nèi)活性炭工業(yè)飛速發(fā)展。目前，全國除西藏、青海外的所有省、市、自治區(qū)均有活性炭生產(chǎn)廠家，生產(chǎn)的活性炭品種近百個，牌號100多種，其中煤質(zhì)活性炭占70％左右；同時，我國活性炭出口能力亦為世界第一，每年的活性炭出口量在20萬噸以上，其中煤質(zhì)活性炭出口量占80％左右。　　進入新的世紀以后，尤其是中國加入WTO以后，由于中國國內(nèi)活性炭應(yīng)用市場的快速增長以及活性炭出口量的進一步增加，中國活性炭產(chǎn)業(yè)正在形成蓬勃發(fā)展之勢，活性炭行業(yè)的從業(yè)人員也在不斷增加，但不可否認的是，我國活性炭行業(yè)整體與世界先進水平相比還有不少的差距，這種差距不僅表現(xiàn)在生產(chǎn)技術(shù)和產(chǎn)品品質(zhì)等方面，也體現(xiàn)在活性炭行業(yè)的研究水平上。究其根源，國內(nèi)活性炭的專著，尤其是實用的專著不多，是其原因之一。因此，作者收集和整理了近期的主要研究成果和國內(nèi)外同行的相關(guān)資料編著了本書，以便給同行或有關(guān)的人員以啟迪。

內(nèi)容概要

本書比較系統(tǒng)地介紹了活性炭，尤其是占活性炭行業(yè)絕對主導(dǎo)地位的煤質(zhì)活性炭的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、生產(chǎn)工藝、主要生產(chǎn)設(shè)備、檢測及表征方法、主要應(yīng)用領(lǐng)域，詳細論述了活性炭吸附理論的形成和發(fā)展，并對國內(nèi)外煤質(zhì)活性炭的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢進行了比較客觀的分析。    全書內(nèi)容主要包括活性炭的主要特性、制造方法、影響煤質(zhì)活性炭性質(zhì)的主要因素和目前煤質(zhì)活性炭的主要再生方法，內(nèi)容全面新穎，技術(shù)簡要實用，適合從事煤質(zhì)活性炭研究及生產(chǎn)的技術(shù)人員參考，也適合環(huán)保、化工、能源等領(lǐng)域的相關(guān)人員閱讀。

作者簡介

　　梁大明，男，1965年生。煤炭科學(xué)研究總院北京煤化工研究分院活性炭研究室主任，高級工程師，注冊咨詢工程師。1985年畢業(yè)于武漢大學(xué)化學(xué)系，同年進入煤炭科學(xué)研究總院北京煤化學(xué)研究所（煤炭科學(xué)研究總院北京煤化工研究分院前身）特殊加工研究室（現(xiàn)改為活性炭研究室）從事活性炭的基礎(chǔ)理論研究、工藝和設(shè)備開發(fā)和工程設(shè)計及服務(wù)工作。20年來，共承擔煤炭科學(xué)基金、國家自然科學(xué)基金、“863”攻關(guān)課題、原煤炭部重點課題等研究項目10余項，其中作為主要參加人獲1999年煤炭工業(yè)科技進步三等獎，獲2003年煤炭科技進步二等獎。同時，作為負責人完成了15家活性炭生產(chǎn)企業(yè)的工程設(shè)計和技術(shù)服務(wù)工作，其中包括技術(shù)出口國外一家。

書籍目錄

第1章　活性炭的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)　1.1　活性炭的分類　1.2　活性炭的原子結(jié)構(gòu)　1.3　活性炭的孔隙結(jié)構(gòu)　1.4　活性炭孔隙結(jié)構(gòu)的表征　1.5　活性炭的化學(xué)性質(zhì)　　1.5.1　活性炭的元素組成　　1.5.2　活性炭的表面化學(xué)結(jié)構(gòu)　　1.5.3　活性炭的吸附性能　1.6　活性炭的表面改性　　1.6.1　活性炭的物理結(jié)構(gòu)改性　　1.6.2　活性炭的表面化學(xué)改性　參考文獻第2章　活性炭吸附理論的形成與發(fā)展　2.1　活性炭吸附的基礎(chǔ)知識　　2.1.1　概述　　2.1.2　吸附的作用力　　2.1.3　物理吸附與化學(xué)吸附　　2.1.4　吸附熱　　2.1.5　吸附相的性質(zhì)　　2.1.6　物理吸附中吸附劑的非均勻性　　2.1.7　吸附平衡　　2.1.8　孔隙的毛細凝聚和容積充填　2.2　吸附等溫線方程　　2.2.1　氣固相單組分在均勻表面上的吸附　　2.2.2　氣固相單組分表面相分子間相互吸引的定位單層吸附　　2.2.3　氣固相單組分非均勻表面單層定位吸附　　2.2.4　由指數(shù)等溫線方程導(dǎo)出的總吸附等溫線　　2.2.5　具有橫向相互作用非均勻表面氣體單層定位吸附　　2.2.6　均勻固體表面氣體的單層移動吸附　　2.2.7　氣體的多層定位吸附　　2.2.8　多元氣體吸附　2.3　液相吸附　　2.3.1　Gibbs吸附等溫線　　2.3.2　Langmuir和Freundlich吸附等溫線方程　　2.3.3　等溫平衡吸附方程　　2.3.4　Everett吸附等溫線方程　　2.3.5　液相吸附勢理論　　2.3.6　Stuart液相二元組分吸附式　　2.3.7　非均勻表面固體的液相吸附　　2.3.8　固體在非電解質(zhì)溶液中的吸附　2.4　吸附勢理論及其發(fā)展　　2.4.1　Polanyi吸附勢理論　　2.4.2　活性炭?蒸氣體系的特性曲線　　2.4.3　Dubinin?Radushkevich吸附等溫線方程　　2.4.4　關(guān)于不同溫度范圍內(nèi)摩爾體積的修正問題　　2.4.5　吸附熱力學(xué)方程式　　2.4.6　微孔容積充填理論　　2.4.7　活性炭微孔結(jié)構(gòu)的非均相特征　　2.4.8　描述炭吸附劑不均勻微孔系統(tǒng)的特性曲線方程　　2.4.9　普遍化的吸附特性曲線方程　　2.4.10　二元蒸氣混合物的吸附　　2.4.11　活性炭微孔的形狀與特征尺寸　　2.4.12　活性炭微孔幾何表面積的計算方法　　2.4.13　活性炭結(jié)構(gòu)特性參數(shù)的校正　　2.4.14　微孔容積充填理論的應(yīng)用和發(fā)展　2.5　結(jié)束語　參考文獻第3章　煤質(zhì)活性炭的主要特性及影響因素　3.1　煤質(zhì)活性炭的主要特性　3.2　原料煤對煤質(zhì)活性炭性能影響　　3.2.1　工業(yè)分析　　3.2.2　元素分析　　3.2.3　物理化學(xué)性質(zhì)　　3.2.4　煤種　3.3　生產(chǎn)工藝條件對煤質(zhì)活性炭性能影響　　3.3.1　炭化溫度　　3.3.2　活化溫度　　3.3.3　活化劑種類　　3.3.4　活化劑流速及濃度　　3.3.5　炭化料灰分　　3.3.6　炭粒度　參考文獻第4章　煤質(zhì)活性炭的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢第5章  煤質(zhì)活性炭的主要生產(chǎn)工藝第6章  煤質(zhì)活性炭的主要生產(chǎn)設(shè)備第7章  煤質(zhì)活性炭的質(zhì)量檢測方法第8章  煤質(zhì)活性炭的應(yīng)用第9章  煤質(zhì)活性炭的再生

章節(jié)摘錄

　　第2章　活性炭吸附理論的形成與發(fā)展　　2.1　活性炭吸附的基礎(chǔ)知識　　2.1.1　概述　　所謂吸附，是指當兩相接觸時，兩者界面上出現(xiàn)一個其內(nèi)部組成不同于原來任何一相的區(qū)域。同原來相內(nèi)的物質(zhì)濃度相比，界面上物質(zhì)濃度的增加即稱為吸附。兩相的組合有固相與氣相、固相與液相、固相與固相、液相與液相及液相與氣相幾種情況。固體的表面吸附氣相或液相中的物質(zhì)，這時固體稱為吸附劑，氣體或液體（包括吸附狀態(tài)和未吸附狀態(tài)的）稱為吸附質(zhì)。被吸附分子離開固體表面進入液相或氣相，稱為解吸。吸附質(zhì)分子不停留在吸附劑的表面（此表面包括幾何外表面和由孔隙壁形成的內(nèi)表面）上而滲進固體的結(jié)構(gòu)里，有時甚至進入固體晶格的原子間（例如氣態(tài)氫溶于某些金屬中形成固溶體或者與一些金屬發(fā)生化學(xué)反應(yīng)形成氫化物），這樣的過程稱為吸收。吸附是表面過程，吸收則發(fā)生在相內(nèi)，是分子相互作用與擴散的結(jié)果。在某些情況下，吸附和吸收可以同時發(fā)生或者通過某些固體相成分參與的化學(xué)反應(yīng)（例如在浸有能產(chǎn)生催化反應(yīng)的鹽類的活性炭上）或其他吸附質(zhì)結(jié)合機理（例如蒸氣的毛細凝聚或離子交換）而聯(lián)系起來。McBain提出，對于這樣的過程，不管是什么機理，一般通稱為吸著，其固體相稱為吸著劑，按照某些定義，被吸附分子可以看成是單獨的吸附相。在流體（氣體或液體）一固體體系中，可分為三個相：固相（吸附劑）、固體表面形成的吸附相（表面相）和體相（氣體相或液體相）。　　固體物質(zhì)上的吸著既可以在吸附質(zhì)和吸附劑處于靜止狀態(tài)的條件下發(fā)生，也可以在吸附質(zhì)和吸附劑相互移動的條件下發(fā)生，前者稱為靜吸附，后者稱為動吸附。靜吸附又可分為兩類：一類是物理吸附；另一類是化學(xué)吸附（或化學(xué)吸著）。當相界面上存在不平衡的物理力時，則發(fā)生物理吸附；而當相鄰的原子或分子在界面形成化學(xué)鍵時，則發(fā)生化學(xué)吸附。

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