活性炭的应用领域

时间:2015-04-28 14:13:48 来源: 作者: 点击:2429次

活性炭是以煤、木材和果壳等含碳材料为原料，经过物理方法或化学方法，经炭化、活化、洗涤等一系列工序制造而成的，内部孔隙结构发达、比表面积大、吸附能力强的一类微晶质碳素材料。活性炭是食品、医药、化工、水处理、环保、化学、国防、农业等工农业生产不可缺少的重要的工业产品并广泛应用于人们的目常生活中。
自从上世纪初问世以来，活性炭的应用领域随着人们对其研究的不断深入而日益扩展，应用数量也不断递增。按应用领域区分为工业用和民用。
工业用①食品饮料工业：活性炭在食品饮料工业中具有脱色、脱臭、除去胶体、提高结晶、增强稳定性、调香以及有效物质再回收利用等多种功用，因此被广泛应用于制糖、乳制品、酿造、食用油以及食品添加剂等食品饮料工业中的各个领域。由于木质活性炭灰分低、杂质少、纯度高，目前国内食品饮料工业所需活性炭主要以磷酸法木质粉状活性炭为主。预计今后几年国内食品和饮料行业中的活性炭消费量仍会保持10%左右的增长率，消费量在2012年将达到5.94万。②水处理业：活性炭用于水处理通常分为生活用水净化和污水处理。活性炭在净水中的应用日益广泛，这是因为一方面活性炭对水中有机物有很好的吸附特性，对水中苯类化合物、酚类化合物、石油及石油产品、洗涤剂、合成染料以及许多人工合成的有机物等有较强的吸附能力，比如对COD（化学需氧量）、BOD（生化需氧量）、TOC（总有机碳量）等综合指标表示的有机物除去率一般达70%～90%；另一方面活性炭处理自来水不会导致Ca、Mg的损失;工业污水的深度净化处理。如印染废水的三级脱色、电镀废水的重金属离子脱除、造纸废水的净化回用、石化工业废水的COD脱除以达标排放等，活性炭被证明是最有效的深度净化材料之一。生活污水的深度净化回用。由于城市生活污水的无序排放，其中的BOD、COD、VOC、TOC、NH3–N、NO3﹣–N、P、重金属等污染物对地表饮用水源的污染日益严重，我国的主要河流、湖泊水质恶化情况已非常严峻，为了缓解水资源危机，各主要城市的生活污水处理厂均将污水的深度净化回用工程列入日程，而活性炭吸附法是目前可选的深度净化技术之一;随着我国社会经济的发展，水资源紧缺和水环境污染问题日趋严峻。近年来，我国水资源总量和人均水资源占有量总体呈下降趋势。我国水资源严重短缺。在此背景下，水处理即水资源的循环利用成为活性炭的最大市场，同时也是增长最快的领域之一，预计未来几年国内的年均增长率为15%，至2012年，水处理用活性炭消费市场将达到10.1万吨/年的规模。③医药工业：医药工业也是活性炭的一大用户。抗菌类药品、磺胺类药品等生产过程中都要经活性炭脱色提纯，尤其是注射剂必须经活性炭处理，并用在血液净化、肾透析、口服溃疡治、止血炭纱布、皮肤病外用炭药膏等, 同时活性炭可以直接作为药品。活性炭对人体外源性毒素（如食物中毒、农药等）和内源性毒素（如甘油三脂、肌肝、尿酸等）都有很好的吸附作用，活性炭因此可被用作解毒剂和清肠剂。同时，活性炭也被作为其他药物的载体进行使用，如活性炭担载治癌药物直接注射治疗肿瘤具有显著疗效。由于木质粉状活性灰分少，纯度高，是医药用活性炭主要来源。2007年，国内药用炭及针剂炭的需求量约为15,000吨，预计到2012年该领域的市场需求将达到18,200吨。④化工、冶金、印染及橡胶等工业：活性炭在化学工业中主要用作化工催化剂及载体、气体净化、溶剂回收及油脂等的脱色、精制。例如工业烟道气的脱硫脱硝。火力发电厂排放的SOX和NOX是造成全球大气污染和酸雨的主要元凶，传统的石灰乳脱硫技术会造成水体污染，并非一种完美的环保技术。1986年，日本三井矿山株式会社率先研发成功活性炭干法DeSOXDeNOX技术，目前已发展成为最成功的环保技术之一，已在世界主要发达国家推广使用。预计到2010年，脱硫脱硝活性炭的世界需求量将达60～80万吨/年。预计今后几年国内化工、冶金等各行业的活性炭消费量仍会保持10%以上的增长率，到2012年消费量在2005年将达到68,000吨。⑤其它新兴领域：天然气吸附存贮，燃气型机动车是低排气污染型汽车，采用液化天然气作燃料时，由于贮气罐为高压容器，一旦发生车祸，极可能发生剧烈爆炸引起更大的伤亡事故，目前已研发出了特殊的专用型天然气吸附存贮用活性炭产品，可将贮气罐的压力由几十个MPa降至5MPa左右，使其安全性提高了几百倍；二恶英类气相污染物的脱除。二恶英类化合物是一大类含卤素有机物的总称，是近年来新发现的剧烈气相致癌物质，大量产生于城市垃圾焚烧装置的排放烟气中，活性炭，可高效脱除二恶英类污染物，目前的应用已非常广泛。燃煤电厂控制汞排放用粉状活性炭将是活性炭新的市场增长点，美国从2005年开始控制和削减燃煤电厂汞排放量，成为世界上第一个控制燃煤电厂汞排放的国家，并计划到2018年将汞排放减少69%。在控制汞排放的方法中，活性炭吸附法是最经济有效的方法之一，预计美国市场该类活性炭的需求量将在2010年后每年达到15万吨以上。双电层电容器(Electric double layer capacitor，EDLC)，是一种介于传统静电电容器和电池之间的新型储能器件。它具有能量密度高、功率密度高、循环寿命长、污染小等优点，因此被广泛应用于通讯、电子、电动汽车、航空航天和国防等领域。双电层电容器的研究，主要集中在高性能电极材料的制备上。电极材料主要有碳材料、金属氧化物和导电聚合物。其中高比表面积的活性炭由于具有比表面积大、化学稳定性高、导电性好等特征，一直是EDLC的首选电极材料。同时活性炭也被应用于改良土壤、提高地温、增加土地水容量、改善透气性、使农药和肥料缓释，进而达到增加农业产量之目的的研究；在色谱分析领域，随着色谱分析的普及，活性炭在分析上作为试样的精制、分离、浓缩的普遍手段之一，也已经得到广泛采用。
民用活性炭①家用水质净化：要用于除去生活用水中的残留消毒剂及产生的副产物和异臭、异味；新居室：用于吸附新居室内空气中以及持续释放到空气中的甲醛、苯系物、TOVC、氨气及氡等有毒有害气体，快速清除装修异味。衣橱、书柜、鞋柜：祛味、解毒、除湿、防虫、除臭、杀菌、保存字画等；卫生间：除臭杀菌、清新空气；地板：祛味、防潮、防霉、防虫蛀，保护地板不变形；工艺品：用黑色的活性炭手工雕刻出来的炭雕不仅极具艺术欣赏价值，而且其独特的吸附能力还能够有效清除室内空气中的有害气体、烟雾和异味②汽车：吸附新车内各种有害气体及旧车内各种异味和汽车尾气的净化，欧美国家早在20世纪70年代制定了法规，要求在汽车上安装装填活性炭的碳罐对汽油蒸汽进行吸附，以防止燃油的挥发污染。近年来，随着汽车工业的飞速发展，以及各国环境保护排放标准的日趋严格，车用活性炭碳罐的应用技术及普及率以不断提高，并保持较快的增长趋势。③防毒系列：用作防毒口罩、面具，在存在有毒气体的环境中，活性炭或添载了化学药剂后的活性炭常被用作个体防护用品的关键部件；在2002年岁末和2003年初爆发的SARS危机中，添加了载银活性炭的特护面具起到了保护医护人员的作用④美容产品: 活性炭，凭借优越的吸附油脂和污垢功效，成为护肤潮流的热点。活性炭深层洁面乳具有强力吸附毒素和杂质的功效，能像磁石般吸走毛孔内堆积的油脂与深层污垢。有轻微磨沙作用的炭性微粒，更可深层洁净毛孔中的污垢，预防青春痘与黑头的产生；.⑤ 保健领域：活性炭胶囊、食品等，利用活性炭对有毒物质的吸收被专门用于吸收胃肠道内有害物质同时活性炭能减轻食物中的有害化学残留物对人体的危害起到养生保健的目的。
未来几年中国民用市场将有约15万吨/年的需求潜力，且民用产品价格高，并且随着民用品的普及化，这个数字将越来越大，并将逐步成为人类治理空气环境、饮水品质，保持健康的主要方式，其市场潜力无可限量
未来活性炭优良的吸附性能和在国民经济中的广泛应用，将继续显示其旺盛的生命力。特别在倡导低碳经济的今天，木质活性炭所具有资源综合回收利用、节能环保的循环经济属性，在不断深入和发展的应用领域将有更多的发展机遇。

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威廉希尔·WilliamHill

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