一、活性炭的定義

活性炭用木屑、果殼、褐煤等含碳物質(zhì)為原料，經(jīng)碳化和活化制成。有粉狀（粒徑為10～50微米）和顆粒狀（粒徑為0.4～2.4毫米）兩種。通性是多孔，比表面積大。總表面積達(dá)每克500～1000㎡。主要性能參數(shù)是吸附容量和吸附速率。吸附容量是單位重量活性炭達(dá)到吸附飽和時能吸附的溶質(zhì)量，和原料、制造過程及再生方法有關(guān)。吸附容量越大，所用活性炭量越省。

活性炭是我們所熟知的空氣污染治理方式，對新買的汽車、新裝修好的房子，很多人都會選擇買一些活性炭包放在里面，用于除甲醛、除異味。除了生活中的應(yīng)用場景之外，活性炭還普遍使用在工業(yè)廢氣污染治理上。

二、活性炭的吸附原理

1.結(jié)構(gòu)及原理

根據(jù)活性炭的外形，通常分為粉狀和粒狀兩大類。粒狀活性炭又有圓柱形、球形、空心圓柱形和空心球形以及不規(guī)則形狀的破碎炭等。隨著現(xiàn)代工業(yè)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了許多活性炭新品種，如炭分子篩、微球炭、活性炭納米管、活性炭纖維等。

活性炭內(nèi)部具有晶體結(jié)構(gòu)和孔隙結(jié)構(gòu)，活性炭表面也有一定的化學(xué)結(jié)構(gòu)。在活性炭制備過程中，炭化階段形成的芳香片的邊緣化學(xué)鍵斷裂形成具有未成對電子的邊緣碳原子。這些邊緣碳原子具有未飽和的化學(xué)鍵，能與諸如氧、氫、氮和硫等雜環(huán)原子反應(yīng)形成不同的表面基團(tuán)，這些表面基團(tuán)的存在毫無疑問地影響到活性炭的吸附性能。X 射線研究表明，這些雜環(huán)原子與碳原子結(jié)合在芳香片的邊緣，產(chǎn)生含氧、含氫和含氮表面化合物。當(dāng)這些邊緣成為主要的吸附表面時，這些表面化合物就改變了活性炭的表面特征和表面性質(zhì)。活性炭表面基團(tuán)分為酸性、堿性和中性3種。酸性表面官能團(tuán)有羰基、羧基、內(nèi)酯基、羥基、醚、苯酚等，可促進(jìn)活性炭對堿性物質(zhì)的吸附；堿性表面官能團(tuán)主要有吡喃酮（環(huán)酮）及其衍生物，可促進(jìn)活性炭對酸性物質(zhì)的吸附。

三、使用活性炭吸附時的注意事項

活性炭吸附工藝流程圖中集氣罩的作用是收集污染分子；過濾裝置的作用是清除灰塵、水分、油脂等會堵塞活性炭孔隙的物質(zhì)；活性炭吸附箱的作用是提供活性炭和污染分子接觸的平臺；引風(fēng)機(jī)的作用是提供污染分子流動的動力，煙囪的作用是排放處理后的干凈的空氣。

1.污染分子與活性炭要充分的接觸

首先要想實現(xiàn)孔隙中的分子間作用力和官能團(tuán)的化學(xué)反應(yīng)，就需要污染分子與活性炭近距離的接觸，而通過活性炭吸附箱和引風(fēng)機(jī)就能實現(xiàn)這種接觸。其次對活性炭吸附箱方面來說，在設(shè)計時的“曲曲折折”，就是要確保進(jìn)入箱內(nèi)的污染分子總是要通過活性炭。而下圖中白色的擋板就是為了確保廢氣必須經(jīng)過活性炭。

另外，對引風(fēng)機(jī)方面來說，引風(fēng)機(jī)的功率的大小也有至關(guān)重要的影響。風(fēng)力過小，吸力不夠抽不干凈；風(fēng)力過大，風(fēng)速過快，導(dǎo)致污染分子在活性炭吸附箱內(nèi)停留時間不足，活性炭就沒有充足的時間來捕獲污染分子。一般情況，固定床吸附裝置氣體流速：顆粒狀活性炭氣體流速＜0.60m/s；纖維狀活性炭氣體流速＜0.15m/s；蜂窩狀活性炭氣體流速＜1.20m/s。

2.活性炭的量與質(zhì)量

活性炭是通過孔隙和官能團(tuán)來捕獲污染分子的，所以為確保充足的孔隙和官能團(tuán)，至少要把控好兩個方面：充足量的活性炭和高質(zhì)量的活性炭。

第一方面活性炭添加的量，一般來說可按照下表計算填裝量。

第二方面高質(zhì)量的活性炭，優(yōu)質(zhì)炭一般呈墨黑色，劣質(zhì)炭一般顏色偏灰或有銹色；使用中的活性炭，如已發(fā)白發(fā)霉，則基本已失去吸附性能。一般來說，活性炭在累計運行500小時或安裝3個月后便需要換新。

3.活性炭活性需要過濾裝置保護(hù)

過濾裝置需因地制宜，如收集的廢氣中灰塵較多，就需要加裝除塵器；如收集的廢氣中水分較多，就要加裝干燥裝置等。

四、活性炭脫附的原理

1.活性炭中污染分子的去處

我們悉知的污染分子從廢氣中轉(zhuǎn)移到了活性炭中，那這些污染分子怎么處理呢？

方法一：與活性炭一起焚燒掉。將吸附滿污染分子的廢活性炭被送到危廢處置單位的焚燒爐中，燃燒成水和二氧化碳。

方法二：通過化學(xué)、生物的辦法，將廢活性炭和其中的污染分子降解掉。

2.活性炭脫附的原理

活性炭的脫附就是通過一定的辦法把活性炭孔隙和官能團(tuán)捕獲的污染分子重新釋放出來。而釋放出來的污染分子再通過其他辦法處理掉。

3.活性炭脫附的處理方法

升溫脫附，物質(zhì)的吸附量是隨溫度的升高而減小的，將活性炭的溫度升高，可以使已被吸附的組分脫附下來；

減壓脫附，物質(zhì)的吸附量是隨壓力的升高而升高的，在較高的壓力下吸附，降低壓力或者抽真空，可以使吸附劑再生；

沖洗脫附，用不被吸附的氣體沖洗吸附劑，使被吸附的組分脫附下來；

置換脫附，置換脫附的工作原理是用比被吸附組分的吸附力更強(qiáng)的物質(zhì)將被吸組分置換下來等等。

另外還有使用等離子體、光催化、超聲波等方法的。在實際中應(yīng)用的最多的就是升溫脫附。

五、活性炭使用中的安全事項

1.控制活性炭的溫度，在活性炭箱中加裝溫度計，把溫度控制在40度以下。

2.調(diào)節(jié)有機(jī)廢氣的濃度，通過風(fēng)量、風(fēng)速等方式調(diào)節(jié)進(jìn)入炭箱的有機(jī)廢氣濃度，始終保持低于爆炸極限。

3.在儲罐和活性炭吸附裝置之間的管路上設(shè)置阻火器。