催化劑及催化劑載體活性炭在化工、環(huán)保、能源等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛,以下從基本概念、特性、作用機(jī)制、應(yīng)用場(chǎng)景幾方面介紹:
基本概念
催化劑:能改變化學(xué)反應(yīng)速率而自身組成、質(zhì)量和化學(xué)性質(zhì)在反應(yīng)前后保持不變的物質(zhì)。它能降低反應(yīng)活化能,加快反應(yīng)進(jìn)行。
催化劑載體活性炭:以活性炭為載體負(fù)載活性組分制成的催化劑。活性炭有高比表面積、豐富孔隙結(jié)構(gòu)和良好吸附性能,可作為活性組分的支撐,提高催化劑分散度和穩(wěn)定性。
特性
高比表面積:活性炭比表面積通常達(dá)500 - 1500 m2/g,能為活性組分提供大量分散位點(diǎn),增加反應(yīng)物與活性組分接觸機(jī)會(huì)。
豐富孔隙結(jié)構(gòu):有微孔、中孔和大孔,微孔可吸附小分子物質(zhì),中孔利于大分子擴(kuò)散和反應(yīng)物傳輸,大孔提供反應(yīng)物擴(kuò)散通道。
良好吸附性能:可吸附反應(yīng)物、中間產(chǎn)物和雜質(zhì),提高反應(yīng)選擇性,還能富集反應(yīng)物,加快反應(yīng)速率。
化學(xué)穩(wěn)定性好:在多種酸堿環(huán)境和高溫條件下化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定,不易與反應(yīng)物或產(chǎn)物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。
作用機(jī)制
提供活性位點(diǎn):負(fù)載的活性組分分散在活性炭表面,形成高活性位點(diǎn),降低反應(yīng)活化能。
吸附與反應(yīng)協(xié)同:活性炭吸附反應(yīng)物到其表面,使反應(yīng)物在活性位點(diǎn)附近富集,增加反應(yīng)概率。
穩(wěn)定活性組分:活性炭可防止活性組分團(tuán)聚和流失,保持催化劑活性和穩(wěn)定性。
應(yīng)用場(chǎng)景
石油化工:用于加氫、脫氫、異構(gòu)化等反應(yīng),如石蠟加氫精制,去除硫、氮等雜質(zhì)。
環(huán)境保護(hù):處理廢氣和廢水,如處理含揮發(fā)性有機(jī)物(VOCs)廢氣,催化燃燒將其轉(zhuǎn)化為二氧化碳和水;處理含重金屬?gòu)U水,吸附重金屬離子并催化其還原沉淀。
能源領(lǐng)域:在燃料電池中作為催化劑載體,提高電池性能和穩(wěn)定性;用于生物質(zhì)氣化制氫,促進(jìn)反應(yīng)進(jìn)行。
精細(xì)化工:參與藥物合成、香料制備等反應(yīng),提高反應(yīng)選擇性和產(chǎn)率。
果殼活性炭主要以果殼和木屑為原料,經(jīng)炭化、活化、精制加工而成。具有比表面積大、強(qiáng)度高、粒度均勻、孔隙節(jié)構(gòu)發(fā)達(dá)、吸附性能強(qiáng)等特點(diǎn)。并能有效吸附水中的游離氯、酚、硫、油、膠質(zhì)、農(nóng)藥殘留物和其他有機(jī)污染以及的回收等。適用于制藥、石油化工、制糖、飲料、酒類凈化行業(yè),對(duì)有機(jī)物溶劑的脫色、精制、提純和污水處理等方面。
果殼活性炭被廣泛應(yīng)用于飲用水、工業(yè)用水和廢水的深度凈化生活、工業(yè)水質(zhì)凈化及氣相吸附,如電廠、石化、煉油廠、食品飲料、制糖制酒、醫(yī)藥、電子、養(yǎng)魚(yú)、海運(yùn)等行業(yè)水質(zhì)凈化處理,能有效吸附水中的游離氯、酚、硫和其它有機(jī)污染物,特別是致突變物(THM)的前驅(qū)物質(zhì),達(dá)到凈化除雜去異味。還可用于工業(yè)尾氣凈化、氣體脫硫、石油催化重整,氣體分離、變壓吸附、空氣干燥、食品保鮮、、解媒載體,工業(yè)溶劑過(guò)濾、脫色、提純等。各種氣體的分離、提純、凈化;回收;制糖、味精、醫(yī)藥、酒類、飲料的脫色、除臭、精制;貴重金屬提煉;化學(xué)工業(yè)中的催化劑及催化劑載體。產(chǎn)品更具脫色、提純、除雜、除臭、去異味、載體、凈化、回收等功能。
「活性炭吸附原理有哪些】
活性炭是黑色粉末狀或顆粒狀的無(wú)定型碳?;钚蕴恐鞒煞质翘?、氧、氫等元素。活性炭在結(jié)構(gòu)上呈不規(guī)則排列,在交叉連接之間有細(xì)孔,在活化時(shí)會(huì)產(chǎn)生碳組織缺陷,因此它是一種多孔碳,堆積密度低,比表面積大,吸附性較好。
活性炭是一種非常優(yōu)良的吸附劑,它是利用木炭、竹炭、各種果殼和煤等作為原料,通過(guò)物理和化學(xué)方法對(duì)原料進(jìn)行破碎、過(guò)篩、催化劑活化、漂洗烘
干和篩選等一系列工序加工制造而成。它具有物理吸附和化學(xué)吸附的雙重特性,可以有選擇的吸附氣相、液相中的各種物質(zhì),以達(dá)到脫色精制、消毒除臭和去污提純等目的,它的主要性質(zhì)就是它的強(qiáng)吸附性。
活性炭的吸附原理: 由于活性炭采用木質(zhì)或椰殼為原料,深度活化比表面積較大,因此活性炭?jī)?nèi)部孔豐富,密度輕,就像海綿內(nèi)部有很多孔有良好的吸附性;活性炭的炭粒表面積很大,所以能與氣體(雜質(zhì))充分接觸。當(dāng)這些氣體(雜質(zhì))被微孔吸附,起凈化作用
果殼活性炭以核桃殼、杏殼、桃殼為原料,經(jīng)系列生產(chǎn)工藝精制而成,外觀呈黑色顆粒狀。優(yōu)點(diǎn)是孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)達(dá),比表面積大,吸附性能強(qiáng),庫(kù)層陰力小,化學(xué)性能穩(wěn)定,易再生。適用于高純度的生活飲用水、工業(yè)用水和廢水處理的深度凈化脫氯、脫色、除臭和黃金提煉等方面。
常用規(guī)格:1-2mm、2-4mm、4-8mm、8-16、16-32、20-40、40-80等,其它規(guī)格可以根據(jù)客戶需求進(jìn)行加工生產(chǎn)。 技術(shù)參數(shù)
項(xiàng)目 測(cè)試數(shù)據(jù) 項(xiàng)目 測(cè)試數(shù)據(jù)
粒徑 0.4 3mm 真比重 2 2.2g/cm3
苯粉吸附率 ≥450mg/g 堆比重 0.45 0.55g/cm3
強(qiáng)度 ≥80 95% 總孔容積 0.7 1cm3/g
碘值 900 1100mg/g 比表面積 900 1100m2/g
亞甲蘭值 100 150mg/g PH值 8 10
半脫氯值 ≤5cm 灰份 ≤8 12%
水份 ≤3% 比熱 1.00J/g.℃
具體用途:
主要用于食品、飲料、純凈水過(guò)濾、電廠鍋爐廢水處理、生活用水和工業(yè)用水的除氯、除異味及液體過(guò)濾、環(huán)?;钚蕴浚苡行蟹?、汞、鉛、、重金屬等有害物質(zhì)。
注意事項(xiàng):
1、果殼活性炭在運(yùn)輸過(guò)程中,防止與堅(jiān)硬物質(zhì)混狀,不可踩、踏,以防炭粒破碎,影響質(zhì)量。
2、果殼活性炭屬于多孔型吸附劑,所以在運(yùn)輸儲(chǔ)存和使用過(guò)程中,都要防止水浸,因水浸后,大量水充滿活性空隙,使其失去作用。
3、防止焦油類物質(zhì)在使用過(guò)程中,應(yīng)禁止焦油類物質(zhì)帶入活性炭床,以免堵塞活性炭空隙,使其失去吸附作用。
4、防火活性炭在儲(chǔ)存或運(yùn)輸時(shí),防止與火源直接接觸,以防著火、活性炭再生時(shí)避免進(jìn)氧并再生,再生后用蒸汽冷卻降至80℃以下,否則溫度高(活性炭燃點(diǎn)500℃),遇氧,活性炭自燃。 包裝與儲(chǔ)存:
25kg/袋(編織袋包裝,內(nèi)襯聚乙烯塑料薄膜)。
儲(chǔ)存過(guò)程中注意,防潮、防曬、防水,盡量避免包裝破損,以免影響吸附效果。
核工業(yè)活性炭是一種為核工業(yè)領(lǐng)域設(shè)計(jì)和制造的吸附材料,具有的吸附性能、化學(xué)穩(wěn)定性和輻射抗性,主要用于放射性物質(zhì)的吸附、去除和凈化。它在核電站、核燃料循環(huán)、核廢物處理以及核事故應(yīng)急響應(yīng)中發(fā)揮著重要作用。
核工業(yè)活性炭的主要特點(diǎn):
高吸附性能:
核工業(yè)活性炭具有的比表面積和孔隙結(jié)構(gòu),能夠吸附放射性氣體(如碘、氪、氙等)和液體中的放射性物質(zhì)。
對(duì)碘(尤其是碘-131)的吸附能力尤為,常用于核電站的放射性氣體凈化系統(tǒng)。
化學(xué)穩(wěn)定性:
核工業(yè)活性炭通常經(jīng)過(guò)特殊處理,具有的化學(xué)穩(wěn)定性,能夠抵抗強(qiáng)酸、強(qiáng)堿和高溫環(huán)境,適應(yīng)核工業(yè)中的苛刻條件。
輻射抗性:
核工業(yè)活性炭能夠承受高劑量輻射,不會(huì)因輻射而分解或失效,適合在核反應(yīng)堆和核廢物處理中使用。
耐高溫性:
核工業(yè)活性炭通常具有較高的耐溫性能,能夠在高溫環(huán)境下保持吸附性能,適用于核反應(yīng)堆的冷卻系統(tǒng)或放射性氣體凈化系統(tǒng)。
定制化設(shè)計(jì):
根據(jù)不同的應(yīng)用場(chǎng)景,核工業(yè)活性炭可以定制化設(shè)計(jì),例如調(diào)整孔徑分布、表面化學(xué)性質(zhì)等,以滿足特定的吸附需求。
核工業(yè)活性炭的主要應(yīng)用:
核電站放射性氣體凈化:
用于吸附核電站運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生的放射性氣體(如碘、氪、氙等),防止放射性物質(zhì)泄漏到環(huán)境中。
核燃料循環(huán):
在核燃料的生產(chǎn)、加工和處理過(guò)程中,用于吸附和去除放射性物質(zhì),確保工藝的安全性和清潔性。
核廢物處理:
用于核廢物的凈化和處理,吸附放射性液體或氣體中的有害物質(zhì),減少對(duì)環(huán)境的污染。
核事故應(yīng)急響應(yīng):
在核事故(如切爾諾貝利、福島核事故)中,核工業(yè)活性炭被廣泛用于吸附放射性碘和其他有害氣體,防止其擴(kuò)散到環(huán)境中。
核醫(yī)學(xué)和科研:
在核醫(yī)學(xué)和核科學(xué)研究中,核工業(yè)活性炭用于吸附和分離放射性同位素,支持科研和醫(yī)療應(yīng)用。
核工業(yè)活性炭的制備:
核工業(yè)活性炭的制備通常采用特殊的原料(如煤、木材、果殼等)和工藝,經(jīng)過(guò)高溫炭化、活化處理,并可能進(jìn)行表面改性或負(fù)載特定化學(xué)物質(zhì),以提高其吸附性能和輻射抗性。
總結(jié):
核工業(yè)活性炭是核工業(yè)中不可或缺的關(guān)鍵材料,具有高吸附性能、化學(xué)穩(wěn)定性和輻射抗性,廣泛應(yīng)用于放射性氣體凈化、核燃料循環(huán)、核廢物處理和核事故應(yīng)急響應(yīng)等領(lǐng)域,為核能的安全利用和環(huán)境保護(hù)提供了重要保障。
活性炭的機(jī)械性:
(1)粒度:采用一套標(biāo)準(zhǔn)篩篩分法,求出留在和通過(guò)每只篩子的活性炭重量,表示粒度分布。
(2)靜觀密度或堆密度:飲食孔隙容積和顆粒間空隙容積的單位體積活性炭的重量。
(3)體積密度和顆粒密度:飲食孔隙容積而不飲食顆粒間空隙容積的單位體積活性炭的重量。
(4)強(qiáng)度:即活性炭的耐破碎性。
(5)耐磨性:即耐磨損或抗磨擦的性能。 這些機(jī)械性質(zhì)直接影響活性炭應(yīng)用,例如:密度影響容器大小;粉炭粗細(xì)影響過(guò)濾;粒炭粒度分布影響流體阻力和壓降;破碎性影響活性炭使用壽命和廢炭再生。
影響活性炭吸附的主要因素:
①活性炭吸附劑的性質(zhì)
其表面積越大,吸附能力就越強(qiáng); 活性炭是非極性分子,易于吸附非極性或極性很低的吸附質(zhì);活性炭吸附劑顆粒的大小,細(xì)孔的構(gòu)造和分布情況以及表面化學(xué)性質(zhì)等對(duì)吸附也有很大的影響。
②吸附質(zhì)的性質(zhì)
取決于其溶解度、表面自由能、極性、吸附質(zhì)分子的大小和不飽和度、附質(zhì)的濃度等
③廢水PH值
活性炭一般在酸性溶液中比在堿性溶液中有較高的吸附率。 PH值會(huì)對(duì)吸附質(zhì)在水中存在的狀態(tài)及溶解度等產(chǎn)生影響,從而影響吸附效果。
④共存物質(zhì)
共存多種吸附質(zhì)時(shí),活性炭對(duì)某種吸附質(zhì)的吸附能力比只含該種吸附質(zhì)時(shí)的吸附能力差
⑤溫度
溫度對(duì)活性炭的吸附影響較小
⑥接觸時(shí)間
應(yīng)活性炭與吸附質(zhì)有一定的接觸時(shí)間,使吸附接衡,充分利用吸附能力。 活性炭化學(xué)性 活性炭的吸附除了物理吸附,還有化學(xué)吸附。活性炭的吸附性既取決于孔隙結(jié)構(gòu),又取決于化學(xué)組成。 活性炭不僅含碳,而且含少量的化學(xué)結(jié)合、功能團(tuán)開(kāi)工的氧和氫,例如羰基、羧基、酚類、內(nèi)酯類、醌類、醚類。這些表面上含有的氧化物和絡(luò)合物,有些來(lái)自原料的物,有些是在活化時(shí)、活化后由空氣或水蒸氣的作用而生成。有
時(shí)還會(huì)生成表面硫化物和氯化物。在活化中原料所含礦物質(zhì)集中到活性炭里成為灰分,灰分的主要成分是堿金屬和堿土金屬的鹽類,如碳酸鹽和磷酸鹽等。 這些灰分含量可經(jīng)水洗或酸洗的處理而降低。
浸漬活性炭是一種經(jīng)過(guò)特殊處理的活性炭,通過(guò)將活性炭浸漬在特定的化學(xué)溶液中,使其表面負(fù)載特定的化學(xué)物質(zhì)(如金屬鹽、酸堿試劑或其他活性組分),從而賦予其特定的功能或增強(qiáng)其吸附、催化等性能。這種處理方式可以針對(duì)不同的應(yīng)用需求,優(yōu)化活性炭的性能。
浸漬活性炭的特點(diǎn):
功能性增強(qiáng):通過(guò)浸漬特定的化學(xué)物質(zhì),活性炭可以具備催化、吸附、脫色、除臭、等多種功能。
選擇性吸附:浸漬后的活性炭可以針對(duì)特定的化學(xué)物質(zhì)(如重金屬、有機(jī)物、氣體等)進(jìn)行選擇性吸附。
催化性能:浸漬的化學(xué)物質(zhì)可以賦予活性炭催化性能,用于化學(xué)反應(yīng)或污染物降解。
穩(wěn)定性:浸漬后的活性炭在特定條件下具有更好的穩(wěn)定性和耐用性。
常見(jiàn)的浸漬物質(zhì):
金屬鹽類:如銅、銀、鐵、鋅等金屬鹽,用于抗菌、催化或吸附特定污染物。
酸堿試劑:如磷酸、硫酸、氫氧化鈉等,用于調(diào)節(jié)活性炭的表面性質(zhì)或增強(qiáng)對(duì)特定物質(zhì)的吸附能力。
其他活性組分:如碘、錳氧化物、鉑等,用于特定的催化或吸附應(yīng)用。
應(yīng)用領(lǐng)域:
水處理:用于去除水中的重金屬、有機(jī)物、異味、色素等污染物。
空氣凈化:用于吸附空氣中的有害氣體(如甲醛、苯、硫化氫等)。
催化劑載體:用于化學(xué)反應(yīng)中的催化過(guò)程,如有機(jī)合成、廢氣處理等。
醫(yī)藥和食品工業(yè):用于脫色、除臭、或凈化。
環(huán)境保護(hù):用于處理工業(yè)廢水、廢氣,去除污染物。
制備方法:
浸漬活性炭的制備通常包括以下步驟:
活性炭預(yù)處理:將活性炭清洗、干燥,去除雜質(zhì)。
浸漬:將活性炭浸泡在特定的化學(xué)溶液中,使化學(xué)物質(zhì)負(fù)載到活性炭表面。
干燥和活化:將浸漬后的活性炭干燥,并在高溫下活化,以增強(qiáng)其性能。
后處理:根據(jù)需要,進(jìn)行進(jìn)一步的處理或改性。
如果你有具體的應(yīng)用需求或想了解某種浸漬活性炭的制備方法,可以提供更多信息,我可以為你提供更詳細(xì)的解答!