空氣清淨原理

活性碳知多少

活性碳知多少

活性碳又稱活性炭黑。
活性碳(activated carbon)是一種黑色粉末狀或顆粒狀的無定形碳。所謂無定形碳是形容其內部的碳原子結構沒有固定的排列順序而言。實際上它的內部結構並不是真正的無定形體,而是具有和石墨(graphite)一樣結構的晶體,石墨是製作鉛筆筆心的材料。活性碳與石墨最大的不同,在於它的碳原子六角形環狀平面形成的層狀結構凌亂而不規則,晶體形成有缺陷,而且晶粒微小,含有少量雜質。主成分除了碳以外還有氧、氫、氮等元素。
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活性碳過濾【除異味的最佳利器】
活性碳 (activated carbon) 是一種多孔性的含碳物質,它具有高度發展的孔隙構造,其組成物質除了碳元素外,尚含有少量的氫、氮、氧及灰份,其結構則為碳形成的六環物堆積而成。由於六 環碳的不規則排列,造成了活性碳多微孔體積及高表面積的特性。活性碳無臭、無味,不溶於水和有機溶劑。甚大的微孔容積約0.6~0.8 ml/g,比表面積約 500 ~ 1,500 m2 /g,對有機高分子物質有很強的吸附力,而對於液相中的微量成分、色素、臭氣物質等具有高度的去除能力。具有高度發展的孔隙構造,是一種極優良的吸附劑, 每克活性碳的吸附面積更相當於八個網球場之多,而其吸附作用是藉由物理性吸附力與化學性吸附力達成。
 
活性碳纖維是一種典型的微孔碳(MPAC),被認為是“超微粒子、表面不規則的構造及極狹小空間的組合”,有一定的比例和多量的微孔, 其直徑為10~30µm 。其孔隙直接開口於纖維表面,超微粒子以各種方式結合在一起,形成豐富的奈米空間,這些形成的空間大小與超微粒子處於同一個數量級,從而造就了較大的比表面積,也由於含有許多的不規則結構- 雜環結構或含有表面官能團的微結構,具有極大的表面能,造就了微孔上孔壁分子共同運作形成強大的分子場,提供了一個吸附態分子物理和化學變化的高壓體系,使得吸附質到達吸附位元的擴散路徑比活性碳短、驅動力大且孔徑分布集中,也就是造成活性碳纖維之比表面積比活性碳之比表面積大,活性碳纖維吸/ 脫附速率快、吸附效率高。
 
依形狀及用途分類,活性炭一般可分為三種
1.粉末活性炭:活性炭經磨碎篩分離後,其顆粒粒徑小於325mesh(0.043m/m)者約佔60%~ 75%。
2.顆粒狀活性炭:指粒徑大於40mesh(0.420m/m),為目前種類最多、使用最廣泛一種,常用於管狀吸附,因顆粒較大,可減低壓力損失。
3.近十年來美、日、蘇等先進國家研發出活性碳纖維( Activated Carbon Fibers, ACF ),因為吸著脫著時內外部的擴散阻力較小,以及可經由二次加工,成為不同型態的氈狀、布狀,相較於傳統顆粒碳,具有較快的吸脫附速率及更便利的操作維護等 優點,可廣泛應用於環保、化工、工安、醫療等相關用途。
 
活性碳所使用的材料大多取自木材、鋸屑、木質素、果殼、棕櫚、椰子殼等,經高溫(300~500℃)碳化後,再以高溫(850~950℃)的水蒸氣予以活 性化製成,其活化的目的是清除碳化過程中,積蓄在活性碳孔隙內的焦油物質及提高洞體積、比表面積,以致產生高吸附量的活性碳。
 
『活性碳』廣泛使用在空氣濾網濾材,其功能可有效快速的去除有機氣體(VOC),減少空氣中的異味/臭味以及有害人體的各種味道。
聚脂纖維構造,可提供初級粉塵過濾效能;經特殊活性碳化學處理,使其可更有效控制空氣中的臭氣及污染。
活性碳可緊緊抓住其它有害物質、分子或細菌,例如引起氣喘過敏的塵璊或是新油漆產生的異味,所以在室內空調裝置活性碳濾網能使空氣清新、減少病源。
活性碳的原料
幾乎所有的含碳物質都可經過不同的工序製成活性碳。生產上常用的原料有兩大類﹕植物原料和加工廢料﹐包括木碳﹑木屑﹑果核﹑果殼﹑水解木素﹑栲膠殘渣﹑製漿廢液等﹐其中木碳是傳統原料﹐椰子殼是最佳原料。礦物原料﹐包括煤﹑石油瀝青﹑石油焦等。
 
活性碳的製造 – 碳化 Carbonization
碳化首先的步驟包括脫水及碳化,將原料加熱,在170至600℃的溫度下乾燥,並使原有的有機物大約80%碳化。
碳化是在缺氧及高溫的條件下,將原料熱解(Pyrolysis)形成多裂孔性的結構體。在碳化期間大部分的非碳元素,例如氫和氧藉由原料之裂解程序而以揮發性氣體產物被去除,如此碳化產物碳原子組合一芳香族環之片狀結構,由於非常不規則,故會形成一些裂隙,這些裂隙將會在活化程序中,形成更發達的微孔結構。
 
活性碳的製造 – 活化 Activation
第二過程是使碳化物活化,這是經由用活化劑如水蒸汽與碳反應來完成的,在吸熱反應中主要產生由CO及H2組成的混合氣體,用以燃燒加熱碳化物至適當的溫度(800至1000℃),以燒除其中所有可分解的物質,由此產生發達的微孔結構,及巨大的比表面積,因而具有很強的吸附能力。
 
活化的目的是利用蒸氣或化學物質來清除碳化過程積蓄在孔隙結構中的焦油物質及裂解產物,並與碳原子氧化,況大碳化料裂孔隙及創造微孔以提高孔洞體積或比表面積,產生高吸附量的活性碳。
活性碳 (activated charcoal) 經過活化製成的含碳物質。
活化就是使碳表面形成發達的內孔結構和產生含氧官能團。活性碳孔隙度大﹐比表面積大﹐反應活性強﹐是科學研究和工業生產上常用的重要吸附劑。
 
製造工藝隨原料和產品的種類而變化﹐主要有兩種方法﹕
化學法:
常用的化學藥劑為氯化鋅。生產過程包括原料(如木屑等)和化學藥劑的浸漬、碳化、活化、藥劑回收、乾燥、粉碎等工序。
此法是利用化學藥劑的性質,使原料潤脹、脫水、侵蝕而活化。
碳活化溫度約550℃,活化程度主要取決於藥劑對原料的浸漬比。
活化時碳損失少,得率高。成品碳性能穩定,有利於從溶液中吸附去 除分子較大的雜質。
 
物理法:
將碳化物(如木碳﹑煤等)在一定溫度下用過熱蒸氣(850~950℃)﹑煙道氣(二氧化碳為活化介質﹐900~950℃)﹑或空氣(600℃左右)等進行選擇性氧化﹐使碳活化﹐因此﹐又稱氣體活化法。
一般多採用過熱蒸氣為活化介質。活化時碳的損失較大﹐得率較低﹐成品碳中 5~20 Å 的微孔比較發達﹐適用於氣相吸附。
此外﹐尚有兼備上述兩法特點的物理化學活化法﹐產品得率較高並具有獨特的發達孔徑結構。物理法和物理化學法日受重視﹐產品以顆粒碳為主。
 
製造活性碳的關鍵設備是活化爐。氯化鋅法多用平板爐和迴轉爐﹐氣體活化法用管式爐和鞍式爐﹐也有用多層爐和流態化爐等。
 
活性碳的孔徑
大 孔:半徑 1000 – 1000000 A°
過渡孔:半徑 20 – 1000 A°
微 孔:半徑 – 20 A°
 
活性碳的特性
比表面積:850至1000 ㎡ / g
孔隙容積:0.88至1.5 ml / g
平均孔隙半徑:40至50 A°