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空气净化活性炭

空气净化活性炭

空气净化活性炭

English name: Air Purification Activated Carbon

理化性能指标

尺寸

碘值

CTC

强度

灰分1

灰分2

水分

(Mg/g)≥

(%)≥

(%)≥

(%)≤

(%) ≤

(%)≤

1.5mm

2mm, 3mm

4mm, 5mm

7mm, 9mm

700

35

97

8

5

5

800

40

97

8

5

5

900

50

97

8

5

5

950

55

97

12

10

5

1000

60

97

12

10

5

1050

70

95

12

10

8

1080

80

94

12

10

8

1100

90

90

12

10

8

1100

100

90

10

12

10

4×10

8×16

8×30

10×24

900

50

95

8

5

5

950

55

95

8

5

5

1000

60

95

8

6

5

1030

60

95

12

6

5

1050

70

94

15

6

5

1080

80

90

16

8

5

1100

90

90

17

8

5

注:规格可以根据客户要求生产

包装:25公斤/袋,500公斤/吨包

室内污染物

早在上世纪60年代中期室内空气污染就已出现,随着人们生活水平的提高,装修业日益兴起,室内空气污染问题也日趋严重。人类有90%的时间是在室内工作和生活的,其中60%左右的时间是在家里。据有关国际组织调查,全世界每年有280万人直接或间接死于装修污染,世界上30%的新建和重修的建筑物存在有害于健康的室内空气污染。因此,对室内空气的净化也变得越来越重要。活性炭作为一种优良的吸附剂,对室内气态污染物具有优秀的吸附性能。

中国颁布的《住宅设计规范》(GB50096-2011)规定污染物活度、浓度限值:

氡≤200(Bq/m3)

游离甲醛≤0.08(mg/m3)

苯≤0.09(mg/m3)

氨≤0.2(mg/m3)

TVOC ≤0.5(mg/m3)

室内主要污染物及其来源

污染物

来源

污染物

来源

悬浮微粒

燃烧、抽烟、人体

烟草烟雾

人的吸烟行为

石棉

保温材料

氡及其蜕变物

墙体和地基

甲醛

建筑材料、家具

挥发性有机物(vocs

油漆、清洁剂、建筑材料

一氧化碳

燃烧、吸烟

二氧化碳

燃烧、呼吸

微生物

家畜、人体

过敏物

动物、毛发、昆虫、花粉

臭氧

现代电子办公用品

氨气

防冻剂

苯系

来源于溶剂、聚酯纤维、胶带、粘合剂、墙纸、油漆、压板制成品、地毯

空气净化活性炭结构

空气净化活性炭结构比较复杂,由排列成六角形的碳原子平面层组成,这些平面不是完全沿共同的垂直轴排列,而是层与层有角位移,显得杂乱而无规律,这种结构叫“螺层状结构”。在活化过程中,基本微晶之间清除了各种含碳化合物和无序碳,产生了空隙,剩余的碳之间堆积相当疏松,但相互的联结却相当牢固。因此各微晶之间才有许多形状不同,大小不等又有一定强度的空隙,这些空隙按孔径大小一般分为大孔、中孔和微孔。活性炭90%的表面积都在微孔上,它的比表面积可达几百甚至上千m2/g,孔容也比较大,所以微孔是决定空气净化活性炭吸附性能的重要因素。

活性炭孔隙分类

分类

微孔

中孔

大孔

孔径nm

<2.0

2.050

>50

影响活性炭吸附的因素

活性炭的吸附特性不仅取决于它的孔隙结构,而且取决于它的化学组成。

1)活性炭基本微晶在活化时,一部分被烧掉,受到不完整石墨层的干扰改变了碳骨架电子云的排列,出现了不完全饱和价或成对电子,直接影响着活性炭的吸附特性。

2)活性炭结构中的杂原子。活性炭中的杂原子有两种来源:一种是以化学结合的元素形成的,如氧和氢,这些元素一般来源于原材料,在炭化时不能完全分解遗留下来的。有的则是活化时,和活化剂进行化学反应结合在表面上的;另一种则是灰分,这些灰分主要来源于活性炭的原材料,也有少数是生产过程带入的。灰分使活性炭的微晶结构产生缺陷,氧被化学吸着于这些缺陷上,从而提高了活性炭对极性分子的吸附作用。灰分的存在对气体吸附(如二氧化硫、水蒸气、醋酸等)也有直接影响。

3)在活性炭中加入某些无机化合物(如AlCl3、NaON、CuO等)可使活性炭改性,吸附性能发生了某些明显的变化。对某些物质的吸附也可产生奇特的效果。

4)C-O表面化合物,例如C-O表面络合物、表面氧化物、表面氧化化合物和化学吸着氧。这些化合物分成两类:一类是在温度低于100℃时,气态氧和活性炭表面发生反应生成氧的络合物,经水合作用生成羟基和其他碱性基,这些碱性基可以起到离子交换作用;当加热到1000℃时,则生成气态氧化物,从活性炭表面脱除。另一类是在300~500℃下,氧与活性炭接触生成酸性氧化物,经水合作用可生成酸性表面化合物,也有离子交换能力。由表面氧结合的官能团主要有:羟基、羧基、酚基、内脂、醌。但只有一部分氧结合在这些官能团中,其余的则是以醚性链同碳表面结合。

5) 在活性炭中,还结合有N、Cl等其他元素,这些原子的结合对活性炭的吸附性能也有着明显的影响。

活性炭改性

研究表明,活性炭表面化学性质主要由其表面化学官能团、表面杂原子和表面化合物确定。其中,活性炭表面化学官能团又分为含氧官能团和含氮官能团。含氧官能团又可分为酸性含氧官能团和碱性含氧官能团,酸性含氧官能团包括羧基、酚羟基、正内酯基、环式过氧基、醌形羰基等。碱性含氧官能团包括类吡喃酮结构基团等。酸性氧化物使活性炭具有极性的性质,有利于吸附各种极性较强的化合物;碱性化合物易吸附极性较弱或非极性物质。一般认为,含氧官能团和含氮官能团主要是原料中炭化不完全的产物,或者是活化过程中活性炭与活化剂进行化学反应结合在表面上的。

普通活性炭表面具有非极性和疏水性,对室内气体的吸附多属于物理吸附,能够吸附几乎所有的气体。但是,仅有物理吸附时只有极其微小的吸附能力,实用价值很小。而且活性炭是疏水性物质,有时缺乏对亲水性物质的吸附能力,此外物理吸附稳定性很差,在温度压力等条件变化时容易脱附而造成二次污染。

室内污染物有的是极性,有的是非极性。甲醛(极性)、苯(非极性)、甲苯(弱极性)、对二甲苯(非极性)、邻二甲苯(极性)、间二甲苯(极性)、TVOC(总挥发性有机化合物);氨气(极性),氡气(非极性)。

表面化学改性主要改变活性炭的表面酸、碱性,引入或除去某些表面官能团,使其具有某种特殊的吸附或催化性能。对活性炭进行改性研究, 主要集中在氧化改性、还原改性及载杂原子和化合物改性等。由于室内空气混合物来源复杂,有的是极性的,有的是非极性的,这就需要对活性炭加以改性,使之能够吸附绝大部分气体污染物。

1)活性炭表面的氧化改性

活性炭在适当条件下经强氧化剂进行表面处理, 以提高酸性基团的含量, 可以增强对极性物质的

吸附能力, 从而达到吸附回收或废水治理的目的。氧化剂有HNO3, H2SO4, HCl, HClO, HF, H2O2, O3等。

2)活性炭表面的还原改性

活性炭表面在适当温度下通过用还原剂对表面官能团进行还原改性, 提高碱性基团的相对含量, 增强表面的非极性, 从而提高活性炭对非极性物质的吸附性能。还原改性的手段主要集中在H 和N等惰性气体对活性炭的高温处理,以及氨水浸渍处理。

3)活性炭表面的负载杂原子和化合物

通过液相沉积的方法在活性炭表面引入特定的杂原子和化合物, 利用这些物质与吸附质之间的结合作用, 增加活性炭的吸附性能。一般使用的有Cu(NO3)2, Na2CO3, FeSO4, KMnO4等。

活性炭吸附过程

活性炭的吸附特性取决于它的孔隙结构和其表面化学性质,而表面化学性质决定了活性炭的化学吸附。活性炭对气体吸附既有物理吸附又有化学吸附,一般情况下两者相互伴随同时发生。物理吸附单纯靠分子间的引力把吸附质吸附在吸附剂表面。物理吸附是可逆的,降低气相中吸收质分压力,提高吸附温度,吸附质会迅速解吸,而不改变其化学成分。化学吸附具有很高的选择性,一种吸附剂只对特定的物质有吸附作用。化学吸附是不可逆的,吸附后被吸附质已发生变化,改变了原来的特性。

物理吸附和化学吸附的区别

 

物理吸附

化学吸附

吸附温度

不能大大高于吸附质的沸点

与吸附质的沸点无关

吸附速度

不需要任何活化能,其速度非常高,其与速度无关

吸附速度受活化能的影响,在很宽的范围随温度变化

选择性

无选择性

有很强的选择性

吸附方式

多分子层吸附

单分子层吸附

空气净化活性炭应用

远影空气净化活性炭具有比表面积大、孔隙结构发达、吸附能力强、机械强度高、易再生等优点。能有效吸附空气中的甲醛、氨、氡、苯、二甲苯、香烟、油烟等有害气体及各种异味,尤其是致癌的芳香类物质。

广泛应用于二氧化碳气体、氢气、氮气、氯化氢、乙炔、乙烯、裂化气、惰性气体等的净化;原子设施的净化;防毒面具、滤毒器材的充填;脱降空气中污染物以及混合气体的分类提纯。