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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

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

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

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

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。