除霧箱

 

活性碳的種類
活性碳的製造
依特殊用途分類
活性炭的物化特性



1. 粉末狀活性碳 (PAC)

活性碳經研磨篩分後,其粒徑小於200mesh(75μm)部分有90﹪乙以上者,屬於粉末狀活性碳。此種活性碳具有較大的外在表面積和較小的礦散距哩,吸附速率很高。使用上,一般都直接與目的物混和作用,能增脫色及有機物去除速率。其缺點是使用過後,很難回收再利用。

2. 顆粒狀活性碳 (GAC)

指粒徑大於60 mesh(0.420m/m)活性碳。是目前用途最廣,用量最多的一種。期外在表面積較小,吸附速率不如PAC強,但因顆粒較大,在固定床或移動床吸附處理過程中不易堵塞,可減低水頭損失。一般以固定床或移動床方式,做廢水或原水處理。溶劑回收、觸媒擔體、廢氣處理及空氣過濾等用途。

3. 球狀或圓柱形活性碳

此種活性碳事先將原料炭磨成粉末,然後經揉造.擠壓或造粒,乾燥程序,最後經碳化及活化製成。此類活性碳有較高的機械強度及硬度,且為規則成形,適於處理高流速流體,能減少氣流磨損及氣流攜出,並降低壓差損失,減少泵送動力及費用。

依原料不同分類:

1. 木質炭

木質炭密度小,灰份少,具有高揮發性成分、所產生的孔徑較大。適於一般食品飲料脫色、淨水處理脫色及脫臭等用途。

2. 椰殼炭

椰殼炭具有高密度和高揮發性成分,所產生的孔徑較細,表面積較高。適於淨水處理、廢氣處理、空氣過濾及溶劑回收等用途。

3. 煤質炭

煤質含碳份高、灰份高、密度高、所產生的孔徑較平均。適於廢水處理、工業原料及產品脫色等用途。






1. 碳化(Carbonization)

碳化是在缺氧及高溫(約300~500℃)條件下,將原料熱解形成多孔性的碳結構體。在碳化期間,大部分的非碳元素,例如氧和氫,藉由原料的熱解過程,以揮發性氣體形是脫哩,形成不規則環片狀堆疊產物。其間形成的孔洞及裂縫大多為焦油性物質及裂解產物所填塞,因此尚無法形成高吸附容量的活性碳產物。

2. 活化(Activation)

活化的目的是利用蒸氣或化學物質來清除碳化過程中,積蓄在孔徑結構中的焦油物質及裂解產物,以提高孔徑體積(或表面積)及產生高吸附能量的成品炭。

活化的方式可概分為二類:

(1)物理活化法:

物理活化也稱作氣體活化,此程序是將碳化產物,於高溫(800~1100℃)下,通以水蒸氣、二氧化碳或空氣與碳質做選擇性的氧化,以清除堆積在孔洞的反應生成物。

(2)化學活化法:

化學活化係將原料炭與活化劑直接調和,碳化與活化銅時進行反應。此法能產生較少碳氫化合物或氧化物,但化學活性劑之污染與回收則是另一項須考慮問題。目前常用的活化劑有氯化鋅與磷酸。

3. 活性炭一般製造流程

活性炭製程示意圖









活性炭為非極性物質,對於非極性有機物具有較高的吸附能力,但對於高極性的酸鹼性物質,吸附能力明顯不足。因此,使用上必須對活性碳進行改質。

改質劑之種類可分為三種:
1. 酸改質碳

酸改質碳一般以液相浸染方式處理,適於氨氣及胺類等鹼性物質處理。

2. 鹼改質碳

鹼改質碳一般以液浸染方式處理,適於硫化氫、硫醇類等酸性物質處理。

3. 觸媒機能化炭

觸媒機能化炭,一植入觸媒種類不同,而有不同的特殊用途,例如含浸銅及鉻鹽活性炭,可吸附毒氣。





活性炭所具有的高吸附能力,主要源自於它的孔洞結構及表面官能基,前者即其物性,後者即其化性。一般商品活性炭的規格及性能評比,也是以此作標準。

以下即說明各種重要物性與化性及分析方法

1. 密度(Densitey)
分粒狀物質密度一般有幾種表示方法,如下:

◎真密度(True Density):
粉粒重量/粉粒實體部分體積。但不考慮被封閉於科粒內的孔洞體積。分析方法是利用氦置換法。

◎表密度(Apparent Density):
粉粒重量/粉粒外觀體積。該體積不包括與外界環境相通的孔洞體積。分析方法為汞置換法。

◎體密法(Buik Density):
粉粒重量/粉粒體裝填實際所佔友體積。這項測值在實際工程應用較具參考價值,因此一般密度均以此種方式表示。分析方法參考CNS 5580 2. 粒徑大小級分佈(Particle size Distribution)

活性炭顆粒大小及分佈,通常是使用標準篩網(常用的有ASTM網目及Tyler網目,依其通過與否及所佔重用的ASTM網目及Tyler網目),依其通過與否及所佔重比表示。例如:4*8mesh90﹪以上,表示通過4mesh但無法通過8mesh部分,佔全部重量的90﹪以上,表示通過主要是配合設備的操作設計要求。分析方法參考CNC 5583。

3. 比表面積(Surface Area)

活性炭的比表面積一般是根據BET吸附理論,以氮氣做為備吸附氣體,由其所佔據面積,即可換算出固體樣品的表面積。一般而言,表面積愈大,其吸附面積愈大。市面上常見的活性炭,其表面積約在600~1200m2/g之間。

4. 孔洞體積(Pore Volume)

前述真密度與表面密度之差別在於表密度所用體積不包括與外界相同的孔洞體積。因此這兩個密度倒數的差值即是孔洞體積。但在實測上由分析活性炭BET表面積的同時即可獲得孔洞體積。孔洞面積的大小代表表面積與孔洞大小的關係。這項分析值可做為吸附可行性的參考指標。

5. 磨耗率(Abrasion Number)和硬度(Hardness Number)

活性炭在過濾,逆洗及再生等操作過程中,常會因碰撞、摩擦而造成顆粒破碎。磨耗率及硬度均表是活性炭抗磨損程度。一般約在85~95﹪之間,值愈大愈不易磨耗。分析方法參考ASTM

6. 碘值(Iodine Number)

碘質為活性炭吸附能力的一種指標。以每單位重量活性炭所能吸附碘液的重量表示。一般用來表示對小分子物質的吸附能力。值愈高,吸附能力愈大。分析方法參考K-6481。

7. 亞甲基藍(Methylene Blue)脫色力

亞甲基藍脫色力為活性炭吸附能力的一種指標。以每單位重量活性炭所能吸附亞甲基藍溶液體積表示。一般用來表示對著色物質脫附能力及對中分子物質吸附能力。值愈大,脫附能力愈大。分析方法參考ASTM。

8. 糖蜜值(Moiasses Decolorizing Index)

糖蜜值為活性炭吸附能力的一種指標。以一定重量之活性炭對糖蜜脫色能力及大分子物質的吸附能力。值愈高,吸附能力愈大。分析方法參考ASTM。

9. 水份(Moisture)

活性炭水分含量與原材料,製造方法及包裝運送過程大有關係。水份愈高,相對之下炭的含量較少,孔洞體也較少。但水分含量過低,處理上會有著火的危險。分析方法參考CNS5582-K6479

10. 灰份(Ash)

灰份表示活性炭所含不燃燒成份含量,與原料及製造方法有關。在某些特殊用途,灰份有含量上的限制,一般在廢水及淨水處理方面,並有太大的影響。分析方法參考CNS5581-K6478。

11. 其他

有關表示活性炭吸附能力方式,尚有四氯化碳吸附力、酚值、ABS質、苯吸附力等。如所處理物為上述物質或性質相似物質可以做比吸附能力表示方法。如處理物質為混合物或其他類型物質可依分子的大小,由碘值、亞甲基藍脫色力或糖密直來判斷其相對吸附能力。