白炭与活性炭

活性炭

什么是活性炭?

我想大家都知道，当木材完全燃烧后，就会剩下一堆微微发白的灰烬，这些灰烬只是木材本身含有的无机物，而木材的组成元素碳、氢、氧在这个燃烧过程中变成了二氧化碳和水。但是如果在缺氧的条件下，例如通风不畅、密闭空间等情况下，木材的燃烧就无法充分，只能发生不完全燃烧，燃烧后的产物就会是黑色的木炭。木材在这个过程中，水分被蒸发，其中的有机物不断发生分解和氧化，从木材中逃逸出去，留下了大量的孔隙，更多的碳元素则以木炭的形式残留下来。因此，木炭是木材不完全燃烧的产物，而且多孔疏松。
这些孔，大部分都是能够和空气直接接触的，就导致了木炭具有比木材大得多的表面积。表面积增大后，导致了木炭的表面结构和相应的表面效应与木材完全不同，也就是我们所谓的“活性”。
普通的木炭虽然多孔，但是孔结构还不够发达，还不能赋予“活性”的称呼。一般而言，炭材料的比表面积在200平方米/克以上时，才可以称为“活性炭”。
活性炭丰富的孔结构，赋予其非常强的吸附能力和过滤能力，因此常被用在除臭、吸附有害气体、除湿、水处理等环保健康领域。目前为止，活性炭依然是性价比最高的多孔材料，被广泛用于环保领域。
然而，活性炭在全世界范围内，每年的产量和产值并不高。全球年产量以百万吨计，产值以百亿计。与环保和健康产业数万亿计的产值不相符合。原因是什么呢?主要问题在于活性炭的粉尘和成形问题。传统的活性炭都是粉状和颗粒状的，结构疏松，容易掉粉，用手一摸后满手都是黑色。在运输过程中，这些小尺寸的活性炭产品占据空间大，运输成本高，而且也会因为粉尘外漏导致污染。另外一个非常重要的问题是活性炭功能的原理是物理吸附，所以当其表面被吸附物质填满后，就失去了进一步吸附的能力，反而会将吸附物质释放出来。所以，在使用一段时间后，活性炭会饱和，这个时候就需要对活性炭进行再生。再生的方法虽然有很多种，但是对于粉状活性炭和颗粒活性炭而言，最为可行的再生方法还是热再生。这种再生方法当然会导致活性炭的损失，每次再生后活性炭的量就会减少一些。这种再生方法还需要用户具有相应的再生设备。总体而言，也有一定的成本要求。
以上问题就导致了活性炭无法进入一些重要领域。比如，在家庭环境中，居室内的空气需要净化，橱柜里面的空气需要净化，衣橱内的空气需要保持杀菌和净化，卫生间内需要除臭，厨房内需要油烟净化。又比如在办公楼内，空气不流通，或者由细菌污染，空气同样需要净化。还有博物馆、医院病房等等，都是需要对空气进行杀菌净化的。但这些环境中如果要使用活性炭，首先活性炭要有洁净美观的包装，其次要有合理的使用成本，更换方便，效果显著。传统的活性炭很难做到美观，即使通过外包装等做到美观，但在使用时就会发现使用寿命短，更换不方便的问题，难以给出一个用户可以接受的方案。即使在工业领域，目前的活性炭的功能就是吸附，而无法起到过滤的作用，因此，水处理行业在使用活性炭粉末和颗粒的同时，还需要配合使用其他的水处理手段。如果在吸附的同时，还起到过滤的作用，那么活性炭在水处理行业的用量会更多。总体而言，由于目前传统活性炭的粉尘污染、难以再生、堆积密度低等问题的存在，活性炭在与人直接接触的领域无法实现规模化使用，在工业水处理领域，也仅有小比例的应用。
成型活性炭，是最新的活性炭发展方向。顾名思义，这种活性炭的形状和尺寸是可以设计的，按照实际应用的需求，以特定的形状和尺寸，尽可能地节省空间，发挥活性炭的应用效力。成型活性炭的尺寸一般都比较大，强度比较高，可以实现无粉尘污染，也更容易更换和再生。可以说，通过成型化，活性炭原来所有的缺点都可以得到解决，因此，可以预计活性炭的消费量将大幅度增加。所以，成型活性炭将逐渐取代目前的粉状和颗粒状活性炭，而成为活性炭的主导产品。
成型活性炭的制备技术，也在不断发展之中，但基本上都属于粘结技术。所谓的粘结技术，就是把粉状的活性炭用粘接剂粘结成型，得到一个成型的坯体，然后再碳化活化得到成型活性炭。这种工艺原理比较简单，但是在真正实施的过程中，有相当的难度。因为根据这个原理，如果粘接剂用量不多，活性炭颗粒之间的粘接强度不够，会导致形成的坯体和最后的成型活性炭的强度不够，但如果粘接剂用量多了，那么活性炭颗粒就会被粘接剂整体包埋，这样其多孔结构无法发挥作用;如果粘接剂与活性炭颗粒之间的浸润性不佳，也同样会导致强度不够，但浸润性好，则会导致粘接剂渗透进入活性炭颗粒的孔内表面，填封了多孔结构。所以，这种成型工艺，对粘接剂的选择和用量，有着非常高的要求，而且必须配合后段的碳化和活化工艺。另一方面，由于这种工艺引进了不同的碳，所以在碳化过程中粉状活性炭和粘接剂形成的碳的收缩是不同的，这就会导致原有的细微形态会发生变化，甚至形成一些缺陷。
目前市场上出现的一些所谓的成型活性炭产品，其实是树脂粘接后得到的坯体而已。这种坯体密度大，没有孔结构，其实用手掂量、火烧、浸泡水等方法很容易就可以鉴别出来。真正的成型活性炭密度比较低，用火短时间烧不会燃烧，泡在水里会产生大量气泡，如果滴上水，水会很容易被吸收。
从严格意义上来说，真正的成型活性炭产品的制备价格要比粉状、颗粒状活性炭要贵，如果要求不掉渣，复杂成型，则价格更贵。因为制备成本就更为昂贵。如果要达到较高的比表面积，则需要使用昂贵的高比表面积粉状活性炭为原料，成本还要提高。所以，相对而言，成型活性炭目前还没有得到市场上全面推广，主要的原因在于其较高的价格。市场上出现一些成型活性炭产品，价格大约在1-2万元/吨，但是并不耐水、耐溶剂。

山东曲阜天博晶碳科技有限公司，目前正与上海交通大学联合进行成型活性炭技术的中试转化，正在努力推出民用活性炭系列产品。这一项成型活性炭技术，与传统的成型活性炭制备技术都不同，采用的主要原材料是作物秸秆，成型后一步碳化就可以得到终端产品。这种方法得到的成型活性炭强度高、不掉渣，而且在碳化过程中收缩均匀，可以保持原来坯体表面的精细结构。这种工艺，非常有利于制备复合成型活性炭，对整个工艺流程和设备都没有特殊的要求。
目前，公司已经推出了一系列产品，包括汽车挂件、个人随身挂件、家用健康卫生碳系列产品、摆件等。参见:www.***.com
这些产品的主要特点:
1 强而快速的吸附
产品对于空间内的有害物质能够迅速吸附，持续时间3-4天。
2 方便的再生
产品很容易再生。包装设计本身就方便碳片的取放，将盒子打开后，将碳片直接放置于阳光下数个小时，或者直接将碳片放在煤气灶上加热1分钟，都可以达到再生的目的。
3 持久而稳定的缓释
产品可以吸附任何液体。吸附挥发性液体后，液体会逐渐释放出来充满所在的空间。例如，吸附风油精三滴，可以使用三天，保持空间内提神、驱蚊等功能;吸附茶树精油三滴，可以使用一周，保持空间内杀菌、杀螨虫、治疗呼吸道炎症的功能;浸于水内5分钟，可以保持湿度1天。
4 提供随时的保护
挂件产品轻质小巧，可以随身携带，即作为装饰品，又发挥载体功效，滴加功能性液体后，提供随时随地的保护。
5 艺术收藏价值
大尺寸摆件和小型精巧挂件都是艺人手工订制，同时具有艺术观赏性和特殊的功能性，在艺术品中独一无二。真正的活性炭艺术品，具有高度的收藏价值。球形活性炭,改性活性炭,脱色活性炭,活性炭应用,活性炭,活性炭制备,生物炭与活性炭区别,活性炭粉,活性炭的应用,活性炭分类,活性炭改性,超级活性炭