活性炭應用理論與技術(shù)

前言

活性炭作為一種具有優(yōu)良理化性質(zhì)、巨大比表面積和選擇性吸附性能的炭質(zhì)吸附劑，已經(jīng)被廣泛應用于軍工、食品、冶金、化工、環(huán)境保護、制藥、醫(yī)藥、生物化工等相關(guān)行業(yè)的凈化、精制過程，可以去除多種微量有毒、有害的化學物質(zhì)。如經(jīng)過生物或者合成技術(shù)生產(chǎn)的食品、藥品和保健品的脫色精制處理，有機揮發(fā)性氣體的回收和凈化，水的凈化處理等方面，活性炭吸附凈化已經(jīng)成為一種優(yōu)選的方法。同時，其具有良好的再生性能，可以循環(huán)使用，不僅降低了運行成本，還提高了資源的利用率?；钚蕴吭诠I(yè)生產(chǎn)和人民生活中發(fā)揮了十分重要的作用，是工業(yè)生產(chǎn)和人們生活中不可或缺的理想的吸附材料。活性炭是高含碳材料經(jīng)過物理或者化學方法，利用氧化性氣體或者化學品，在高溫條件下反應造孔，制備得到的具有豐富比表面積的吸附材料。由于活性炭生產(chǎn)原料和生產(chǎn)方法以及設備的差異，不同的工藝過程所生產(chǎn)的活性炭，不僅表現(xiàn)出孔徑、孔容和孔分布等物理形態(tài)的不同，而且在產(chǎn)品的表面化學基團性能方面也發(fā)生改變，賦予活性炭不同的吸附能力，導致即使活性炭的常規(guī)吸附性能指標一樣，在活性炭的實際應用過程中，還是表現(xiàn)出十分明顯的區(qū)別，具有更為專一的強大吸附能力特性。另外，隨著科學技術(shù)的進步，對于活性炭的應用要求和領(lǐng)域也在不斷拓展，提高其吸附能力的新型活性炭材料的研制，如電子、醫(yī)藥、防輻射用活性炭的應用，備受人們的關(guān)注；社會經(jīng)濟的發(fā)展，人們對于生態(tài)環(huán)境的重視及健康意識的增強，使得大家更加關(guān)注自身所處的環(huán)境，包括水資源質(zhì)量的提高和空氣環(huán)境的凈化處理?；钚蕴孔鳛橐环N應用普遍的吸附性能好的多孔炭質(zhì)吸附材料，必將得到更廣、更多的應用。因此，很有必要對于活性炭應用方面的理論知識和實際應用技術(shù)方面的研究和開發(fā)工作，進行歸納分析總結(jié)，以期望更好地發(fā)揮活性炭的專一性吸附材料的功能，不斷開拓其應用領(lǐng)域，促進我國活性炭產(chǎn)業(yè)技術(shù)和產(chǎn)品的發(fā)展。

內(nèi)容概要

全書共分為概論、活性炭在液相中的應用、活性炭在氣相中的應用、活性炭作為催化劑和催化劑載體的應用、活性炭應用的新領(lǐng)域、活性炭的再生技術(shù)和設備以及活性炭吸附塔設備的設計及運行管理七部分。     本書內(nèi)容翔實,敘述全面,適合從事活性炭企業(yè)的生產(chǎn)技術(shù)人員及活性炭應用領(lǐng)域的相關(guān)人員閱讀與參考。

書籍目錄

第一章  概論   第一節(jié)  活性炭的主要特征和用途   一、物理結(jié)構(gòu)與分類   二、化學性質(zhì)與功能   三、分析測定方法   四、主要類別與用途   第二節(jié)  活性炭的吸附基礎理論   一、吸附的作用力   二、物理吸附和化學吸附   三、吸附等溫線及其解析方法   四、吸附熱效應   參考文獻 第二章  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   一、活性炭添加量   二、時間   三、溫度   四、酸堿度   五、作業(yè)方式   第二節(jié)  活性炭在制藥工業(yè)中的應用   一、維生素   二、抗菌素   三、去致熱原   四、激素   五、活性炭直接用于醫(yī)療   第三節(jié)  活性炭在食品工業(yè)中的應用   一、蔗糖   二、葡萄糖   三、乳酸   四、檸檬酸   五、味精   六、食用油脂   七、酒類   第四節(jié)  活性炭在水處理中的應用   一、上水的活性炭處理   二、下水的活性炭處理   三、活性炭水處理中的應用實例   參考文獻 第三章  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   一、工業(yè)氣體的精制分離方法   二、在工業(yè)氣體分離精制中的應用   三、其他氣體的來源與處理   四、展望   第二節(jié)  有毒、有害氣體的凈化處理   一、概述   二、空氣污染物治理的應用事例   第三節(jié)  揮發(fā)性有機溶劑的吸附回收利用技術(shù)   一、溶劑回收的概要   二、用活性炭吸附溶劑后的回收   三、活性炭回收溶劑技術(shù)在我國的應用   第四節(jié)  室內(nèi)用活性炭的功能和應用   一、室內(nèi)污染源的種類、危害及來源   二、常用室內(nèi)空氣的處理方法   三、活性炭的吸附原理   四、活性炭的特殊功能及室內(nèi)應用   第五節(jié)  活性炭在儲能技術(shù)中的應用   一、活性炭的儲氫技術(shù)   二、活性炭與電化學   參考文獻 第四章  活性炭作為催化劑和催化劑載體的應用   第一節(jié)  概述   一、活性炭的催化作用   二、活性炭作為催化劑和催化劑載體的特性與改性   第二節(jié)  活性炭作為催化劑的應用   一、鹵化及脫鹵化反應   二、氧化及氧化脫氫反應   第三節(jié)  工業(yè)應用的活性炭催化劑   一、活性炭在排煙脫硫中的應用   二、活性炭在制漿白液氧化中的應用   三、活性炭在分解臭氧中的應用   第四節(jié)  負載型活性炭的制備及應用   一、催化劑載體   二、活性炭作為催化劑載體的條件   三、活性炭作為催化劑載體的影響因素   四、負載型活性炭的制備方法   五、負載型活性炭催化劑的應用技術(shù)   第五節(jié)  生物活性炭的制備與應用   一、生物活性炭的定義與特征   二、生物活性炭的制備   三、生物活性炭的應用   四、生物活性炭中微生物的機能與定量   五、生物活性炭的再生   六、展望   參考文獻 第五章  活性炭應用的新領(lǐng)域   第一節(jié)  醫(yī)用活性炭   一、治療外傷   二、作口服藥使用   三、活性炭在癌癥治療方面的應用   四、血液凈化   五、在其他方面的應用   六、活性炭在醫(yī)學領(lǐng)域的應用展望   第二節(jié)  防輻射用活性炭   一、概述   二、放射性碘的捕集   三、放射性稀有氣體的捕集   四、活性炭類捕集材料及現(xiàn)存的問題   第三節(jié)  電子行業(yè)用活性炭   一、炭材料的電學性能   二、活性炭在雙電層電容器方面的應用   三、炭材料作為電極材料方面的應用   第四節(jié)  納米活性炭的制備和應用   一、納米技術(shù)及納米材料的特征   二、納米炭材料   三、納米活性碳纖維及其制備   四、納米活性碳纖維的應用   第五節(jié)  新型活性炭材料   一、炭材料的多樣性   二、新型炭材料   三、活性炭材料的多樣性   參考文獻 第六章  活性炭的再生技術(shù)和設備   第一節(jié)  活性炭的再生原理   第二節(jié)  活性炭的熱再生技術(shù)   一、活性炭開始再生時間的確定   二、活性炭再生的條件   三、活性炭的再生系統(tǒng)   第三節(jié)  活性炭酸、堿藥劑的再生   第四節(jié)  活性炭的其他化學再生技術(shù)   一、濕式氧化再生法   二、臭氧氧化再生法   三、電化學再生法   四、溶劑再生法   第五節(jié)  活性炭的其他再生方法   一、生物再生法   二、光催化再生法   三、超臨界流體再生法   四、微波輻射再生法   五、超聲波再生法   第六節(jié)  工業(yè)性再生裝置的種類及其特點   第七節(jié)  活性炭再生的評價   第八節(jié)  再生的經(jīng)濟性   參考文獻 第七章  活性炭吸附塔設備的設計及運行管理   第一節(jié)  恒溫活性炭固定床吸附塔的操作分類和物料衡算方程   一、按體系的波帶數(shù)分類   二、單波帶體系按吸附相平衡關(guān)系分類   三、單波帶體系在恒溫或接近恒溫下操作   四、單波帶體系進料中溶質(zhì)濃度的高低   五、床層內(nèi)流動相流動模型的不同   六、固定床吸附塔的進料輸入方式   第二節(jié)  恒溫固定床吸附塔的連續(xù)性方程   第三節(jié)  傳質(zhì)區(qū)模型   一、恒溫固定床吸附塔的透過曲線   二、吸附等溫線對透過曲線的影響   三、操作方式對透過曲線的影響   第四節(jié)  傳質(zhì)區(qū)和透過點的計算   第五節(jié)  多組分的固定床吸附   第六節(jié)  活性炭吸附塔設備的運行管理   一、粉狀活性炭的加料   二、粒狀活性炭裝置的管理   三、活性炭吸附裝置的檢查   四、活性炭吸附裝置的材質(zhì) 參考文獻

章節(jié)摘錄

插圖：活性炭的吸附特性不但取決于其孔隙結(jié)構(gòu)，而且取決于其表面化學性質(zhì)——表面的化學官能團、表面雜原子和化合物。不同的表面官能團、雜原子和化合物對不同的吸附質(zhì)有明顯的吸附差別。在活化過程中，活性炭的表面會形成大量的羥基、羧基、酚基等含氧表面絡合物，不同種類的含氧基團是活性炭上的主要活性位，它們能使活性炭的表面呈現(xiàn)微弱的酸性、堿性、氧化性、還原性、親水性和疏水性等。這些構(gòu)成了活性炭性能的多樣性，同時影響活性炭與活性組分的結(jié)合能力。一般而言，活性炭表面含氧官能團中的酸性化合物越豐富，吸附極性化合物的效率越高；而堿性化合物較多的活性炭易吸附極性較弱的或非極性的物質(zhì)。目前，為增強活性炭的吸附能力，常常對其進行改性處理。通過化學氧化、還原以及負載等改性方法可使活性炭表面的化學性質(zhì)發(fā)生改變，增加酸、堿基團的相對含量可選擇吸附極性不同的物質(zhì)，或通過增加特定的表面雜原子或化合物來增強對特定吸附質(zhì)的吸附。四、活性炭的特殊功能及室內(nèi)應用1.活性炭的特殊功能①利用活性炭物理吸附與化學吸附的雙重特性，經(jīng)過特殊孔徑調(diào)節(jié)工藝處理，使其具備與室內(nèi)有害氣體分子大小相匹配的孔隙結(jié)構(gòu)，完全吸附有害氣體而非遮蓋或淡化氣味，從根本上徹底清除室內(nèi)污染。②活性炭能夠?qū)κ覂?nèi)所有有害氣體分子進行吸附，同時具有調(diào)節(jié)催化作用等功能，能夠有效地吸附形成于空氣中的各種有害氣體，如苯系物、鹵代烷烴、醛、酮、酸等有機物的成分及空氣中的浮游細菌，殺滅霉菌、大腸桿菌、黃色葡萄球菌、膿菌等致病菌，抑制流行性病原的傳播，具有去毒、吸味、除臭、去濕、防霉、殺菌、凈化等綜合功能，如表3-11所示。③室內(nèi)環(huán)保專家指出：裝飾裝修所造成的室內(nèi)污染，其污染源揮發(fā)甲醛、苯、甲苯、氨氣、氡等是一個緩慢釋放的過程，甚至將會持續(xù)3～15年，開窗通風法、化學噴除法、花卉去除法等只是迅速遮蓋或驅(qū)散已揮發(fā)的有害氣體，而不能根本去除緩慢釋放的有害氣體，而活性炭的吸附過程是一個長效穩(wěn)定的過程，基本與有害氣體的釋放過程相吻合，從而達到完全去除的效果。

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《活性炭應用理論與技術(shù)》由化學工業(yè)出版社出版。

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