活性炭的指标和选择

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1、活性炭的指标和选择碘值碘值是指活性炭在0.02N12/KL水溶液中吸附的碘的量。碘值与直径大于 10A的孔隙表面积相关联，碘值可以理解为总孔容的一个指示其器。糖蜜值糖蜜值是测量活性炭在沸腾糖蜜溶液的相对脱色能力的方法。糖蜜值被解 读为孔直径大于28A的表面积。因为糖蜜是多组分的混合物，必须严格按照说 明测试本参数。糖蜜值是用活性炭标样和要测试的活性炭的样品处理糖蜜液， 通过计算过滤物的光学密度的比率而得。堆积重堆积重是测量特定量炭的质量的方法。通过逐渐把活性炭添加一个有刻度 圆桶内至100cc，并测量其质量。该值被用于计算填充特定吸附装置所需活性炭 数量。简单地说，堆积重是活性炭每单位体积的重

2、量。颗粒密度颗粒密度是每单位体积颗粒炭的重量，不包括颗粒以及大于0.1mm裂隙间 的空间。颗粒密度是用水银置换来测定的。四氯化碳四氯化碳值是总孔容的指示器，是用饱和的零摄氏度的CCI4气流通过25 度的炭床来测量的。在规定的时间间隔内，测量被吸附的CCI4的重量直到样品 的重量变化可以忽略不计为止。xx亚甲蓝值是指1.0克炭与1.0 mg/升浓度的亚甲蓝溶液达到平衡状态时吸收 的亚甲蓝的毫克数。硬度硬度是测量活性炭机械强度的指标。重量的改变，用百分比表示。更确切 地讲，硬度值是指颗粒活性炭在RO-TAP仪器中对钢球衰变运动的阻力。在炭与 钢球接触过以后，通过利用筛子上的炭的重量来计算硬度值。磨

3、损值磨损值是测量活性炭的耐磨阻力的指标。该实验测量MPD的变化，通过百 分比来表示。颗粒活性炭的磨损值说明颗粒在处理过程中降低颗粒的阻力。它 是通过在RO_TAP机器中将炭样品和钢球接触，测定最终的颗粒平均直径与原始 颗粒的平均直径的比率来计算的。丁烷值丁烷值是饱和空气与丁烷在特温度和特定的压力下通过炭床后，每单位重 量的活性炭吸附的丁烷的量。灰分活性炭中包含无机物，通常是铝和硅。灰分是研磨成粉状的碳在954摄氏 度时燃烧3个小时的剩余残渣。从技术角度看，灰分是活性炭矿物氧化物的组 分。通常定义为在一定量的样品被氧化后的重量百分比。水分水分是测量碳所含水的多少。用Dean-Stark trap

4、和冷凝器，在二甲苯溶液 中煮沸活性炭来测量水分。为了测试水分，水被冷凝和截留在待测定臂状容器 内。活性炭的水含量也可以通过在150摄氏度下烘干3小时后活性炭重量上改 变来测定。水分是活性炭中被吸附的水的重量的百分比。对于不同用途的活性炭，时常用不同的物质和方法来检验它的吸附性能， 如亚甲基蓝吸附值、碘吸附值、焦糖吸附值、硫酸奎宁吸附值等。其中亚甲基 蓝吸附值是最常用的。亚甲基蓝是一种深蓝色染料，对它的吸附量反映了活性 炭吸附小分子物质的能力；具有大量微孔的活性炭，此值较高。焦糖吸附值（或 称焦糖脱色率、或糖蜜吸附率）是反映活性炭对具有较高分子量的有色物质的吸 附性能，性能良好的活性炭，此值达到

5、100110。国内外制造的活性炭，都有一类称为“糖用活性炭的产品，它可用于糖 厂，也可以用在其他类似的行业，如葡萄糖溶液及味精溶液的精制脱色等。它的主要特点是具有较多的中孔，因而适于处理含有较多大分子有机物的溶液。 这种活性炭的焦糖吸附值比较高。我国“糖液脱色用活性炭的国家标准（GB/T13803.3 -1999）规定，活性炭产 品分为优级品、一级品和二级品三种。其水分都低于10%;焦糖脱色率分别高 于100、90和80,灰分分别低于3%、4%和5%（用磷酸法生产的活性炭可在 7%9%，不分等级），酸溶物分别低于1%、1.5%和2%,还有铁含量和氯含量的规定。它们的pH值都在35之间。活性炭的

6、比表面积（BET）反映了每一克活性炭的总表面积的数值m2。它是用 氮气或丁烷吸附法测出的。此值越大，活性炭的微孔越多，能够吸附更多的小 分子物质。对于同一类的有机物，分子量较大者，被吸附较强；但这以它的分 子能够进入活性炭的吸附孔为前提。当需要吸附的物质的分子量较高、分子尺 寸较大时，就要选用有较多中孔的活性炭。最理想的活性炭是具有大量恰好稍 大于吸附物分子的孔道，如果孔道过大，总表面积就减少。分子量在3001000 之间的物质，相应的吸附孔径在0.54 nm之间。活性炭具有芳香环式的结构，善于吸附芳香族有机物（糖汁中的有色物大部 分属于这类），并善于吸附含有三个碳原子以上的其他有机物。它对不

7、带电物质 的吸附力较强，而对带电物质（如阴离子）的吸附较弱。对后者的吸附与溶液pH 值有关：在酸性溶液中吸附较强，碱性溶液中较弱。因为弱酸性物质在低pH下带电 较少以至不带电，较易被吸附；高pH下电荷较强，不利于吸附。为避免蔗糖转 化，糖液用活性炭处理一般在中性下进行。活性炭对无机离子的吸附作用很 弱，但用磷酸作活化剂的活性炭，及经过适当羧基化处理的活性炭，也能吸附 少量的金属离子。活性炭的吸附作用和温度有关。对于多数的物理吸附作用，在低温下能够 达到较大的吸附量，但吸附的速度较慢。在糖厂使用的多数情况下，活性炭和 糖液接触的时间不长，故要求吸附进行得较快，就常用较高的温度，例如7085C。在

8、这个温度下，一般经过1530分钟（主要决定于糖液浓度），活性炭的 吸附作用就接近其最大值。活性炭的脱色效果与它的品种和处理的具体条件有极大的关系。在生产应 用前要先通过实验室试验，选择适宜的活性炭品种和适当的使用方法与技术条 件。粉状活性炭的粒子大小是不均匀的，有些很微细的粒子可能穿过滤布。因 此要选用适当的过滤方法，必要时可以并用助滤剂如硅藻土，将它们和活性炭 加入糖液中搅拌适当时间后过滤。过滤机中形成的活性炭滤饼，可以调制成粉浆后加入深色的糖液中再用一 次。颗粒活性炭通常采用固定床吸附方式，即将颗粒活性炭装入圆筒形吸附柱 中，糖液从上而下连续通过，与大量活性炭接触，在底部出口处达到很高的脱

9、 色率。这种方法利于充分发挥活性炭的效能。近年又开发了新的连续的移动床 系统。活性炭的再生一般是在洗糖后放入再生炉中高温加热，将吸附的有机物 分解，亦可以用碱处理再生。饮用水处理中活性炭种类选择的方法探讨饮用水处理中活性炭种类选择的方法探讨xx摘要：本文通过分析常用的几种活性炭评价方法特点，综合各个方法的利弊，提 出了选择饮用水中活性炭的具体方案，根据该方案筛选出了适应某市水质条件 的活性炭种类。并运用通过活性炭性能指标和活性炭运行效果的数学分析，确 定了在饮用水处理中活性炭的主要性能指标及其推荐值，供各水厂在选用活性炭时参考。关键词：饮用水；活性炭；炭种选择；评价方法近年来，随着饮用水水源污

10、染的日益严重，为了克服常规工艺的不足，满 足不断提高的饮用水水质标准的要求，在常规处理的基础上，进一步推广应用 以活性炭技术为核心的饮用水深度处理工艺，越来越有必要。但是在饮用水处 理中使用的活性炭，因为品种繁多，性能不一，用途各异，价格昂贵,而所处理水质 各不相同，这就使得许多水厂在选用活性炭上存在盲目性，可能会因选型不适 而出现活性炭使用周期缩短，更换频繁，经济费用巨大的现象2，所以用于饮 用水处理的活性炭的选定，就显得尤为重要。在活性炭选择中，重要的是如何对活性炭性能进行全面而准确的评价，从 而选择出适用水源水质的活性炭。目前各类表征活性炭性能的方式有很多，例 如活性炭性能指标，活性炭表

11、面的性状分析，活性炭静态吸附和动态吸附试验 （柱子试验）等等。本文分析了常见的几种活性炭性能评价方法的特点，提出 了联合应用几种方法，从不同角度对活性炭性能进行全面评价的活性炭选择方 案。根据该选炭方案，针对某市的水源特点，确定了适合水源水质的活性炭种 类。并根据试验结果，运用数学分析手段，确定了影响活性炭应用的主要性能指标及其推荐值，以供各水厂在选用活性炭时参考。1.活性炭筛选方案确定在水处理中，评价活性炭各种性能的方法有很多，常用评价方法的主要特 征，见下表。表1常用活性炭评价方法的主要特征评价方法表征对象主要特点性能指标活性炭各种特定性能活性炭性能指标种类较多，各单项指标检测 可实现规范

12、化、标准化，但各单项指标由于针对性不同，因此依靠其选择时经 常与实际使用效果有很大出入表面性状分析化学分析表面化学特征根据活性炭表面各种官能团的组成和 含量，推测活性炭对有机物的吸附特征，分析方法复杂，对官能团的精确分析 十分困难物理分析（电镜）表面物理特征简单易行，可直观、定性或定量的分析活 性炭表面特征，确定活性炭性能的优劣，实现快速、准确选用活性炭的目的静态吸附试验活性炭吸附能力简单、速度快、试验费用低廉、应用范围 广，但是其针对性也较差，与实际运行效果常有较大差别吸附能力评价活性炭 吸附能力该方法较为简单，时间消耗短，针对性强，可实现动态试验的指标 化，且具有一定准确性动态吸附试验全面

13、评价活性炭净水性能真实反映活性炭 在实际应用的效果和使用寿命，实现了选择即有效又经济活性炭种类的目的， 但是试验所需时间长，工作量大，因此不能广泛应用，只在较大型工程时应用 该方法综合评价指标全面评价活性炭各种性能能够包含影响活性炭实际使用效 果的多种因素，实现对活性炭全面而定量的评价，但影响因素和条件多种多样，实现十分困难活性炭的各种性能评价方法只是从不同的方面对活性炭的性能进行了表 征，都各具有局限性，因此可以综合以上几种方法，建立完善的活性炭筛选方 法，其主要过程为：首先要根据活性炭生产的煤质、地域和生产工艺等的不同，从国内外的大 型活性炭生产企业中选择出备选炭种，然后从几个方面着手，即

14、活性炭性能指 标分析、电镜微观观察、静态吸附试验、吸附能力评价试验，以及活性炭动态运行试验等，从不同的角度全面评价活性炭炭种的优劣，从而筛选 出一至两种活性炭种进行工程应用。具体见下图1。生产分析控制煤质微观表面性状地域服务动态吸附量化生产工艺相似实际运行指导分析确定图1活性炭筛选方案活性炭选择的重点，是从不同角度对备选炭种的性能进行全面的评价，其 中活性炭性能指标分析试验，主要是从活性炭实际生产角度出发，选取影响粒 状活性炭效果和成本的主要性质，尤其是大量应用时的主要指标进行试验对 比，以指导活性炭实际生产中的分析和控制；电镜微观观察试验，主要是从微 观角度，分析研究活性炭作为吸附剂和微生物

15、载体的固体表面性状；吸附能力 评价试验，主要是将活性炭的动态试验过程进行相似化，实现对动态吸附过程的指标 化，从而评价活性炭种的性能优劣；活性炭的动态运行试验，是为了克服静态 实验结果与实际工程的运行效果差别较大的弊端，而进行活性炭较长期的运行 考察，从而判断几种活性炭种的实际运行效果优劣。这几个方面的试验，相互 配合，能够较为全面的评价出活性炭种各种性能的优劣，达到确定最适用活性 炭种的目的。2.活性炭筛选试验根据以上试验方案，针对某市的水源水质进行了活性炭的筛选。根据煤质 活性炭生产工艺和地域差异，共选取了一种破碎炭和四种柱状炭进行试验，依次编号为A、B、C、 D、 E。(1 )活性炭性能

16、指标分析在饮用水处理中，影响活性炭处理效果和运行成本的主要性能指标为：吸附量（主要为碘值、亚甲蓝值、丁烷值、四氯化碳值、糖蜜值、单宁酸 值）、强度和摩擦系数，pH值、灰分、粒径大小和粒度分布、水分和可溶物 等。试验中对这些性能指标分别进行了检测，结果见下表。表2活性炭指标测定值项目指标单位AB C D E破碎柱状柱状摩擦系数 wt% 83.5 89.3 85.5 90.2 88.9强度 wt% 95.4 99.5 97.9 99.7 98.4表观密度 g/l 510 520 500 520 540飘浮率 wt% 0.0 1.4 0.0 0.0 0.0pH 值-8.6 9.2 8.9 9.1 8

17、.9总灰分 wt% 9.1 7.2 11.8 8.7 10.5水溶物 wt% 0.05 0.09 0.08 0.03 0.06碘值 mg/g 1001 997 938 958 860亚甲兰值 mg/g 262 259 227 256 207丁烷值 wt% 24.2 24.2 23.4 23.7 20.3四氯化碳 wt% 62.19 62.19 60.14 60.91 52.17糖蜜值 158 153 152 148 145单宁酸值-34.3 30.0 33.2 46.5 61.3粒度分布2.50 0.1 0.0 0.1 0.01.252.50 3.8 94.7 96.7 94.7 97.31.

18、001.25 65.3 4.71 2.30 4.4 2.0180mg/go总灰分和XX物：这两值是活性炭中杂质成分的表征，虽然试验结果显示与出水效果没有相 关性，但是考虑到生产成本，也要进行控制。参考国家标准和实际的检测结果，将总灰分定为400g/lo飘浮率能够影响反冲洗过程中炭量的损 失，因此也要进行控制。国标规定该值小于2%，因此采用国家标准，该值定为 1050 500 900亚甲兰值(mg/g) 180 180糖蜜值150单宁酸值20四氯化碳值(wt%) 60化学性能PH值610 810机械性能xx摩擦系数(wt%) 85 70 90有效粒径(mm) 11.5均匀系数2.1 2.0平均粒

19、径(mm) 1.52.0经济性指标总灰分(wt%) 10 10xx 物(wt%) 250 400漂浮率(wt%) 2 25.结论(1) 根据各种活性炭性能评价方法的特点，可以建立完善的活性炭筛选方 法，其主要过程为：首先要根据活性炭生产的煤质、地域和生产工艺等的不同，从国内外的大 型活性炭生产企业中选择出备选炭种，然后从几个方面着手，即活性炭性能指 标分析、电镜微观观察、静态吸附试验、吸附能力评价试验，以及活性炭动态 运行试验等，从不同角度全面评价活性炭炭种的优劣，筛选出一至两种活性炭种进行工程应用。(2) 利用活性炭筛选方法筛选出了适应某市水质特点的活性炭。在五种活 性炭中，在相同的水质和运

20、行条件下，破碎炭A出水效果最佳。但由于其物理 性能，在长期运行中可能会出现炭量损失和能量损失，造成营运成本增加的现 象。活性炭C的出水效果与破碎炭相近，其物理性能指标均能满足国家标准， 并且经原子力显微镜试验，其对微生物适应性很好，因此认为该炭种对于水源 水质是最适合的。(3) 通过活性炭性能指标和活性炭运行效果的数学分析，确定了在饮用水 处理中活性炭的主要性能指标，包括首要控制指标糖蜜值和单宁酸值、强度和 摩擦系数，重要控制指标碘值、丁烷值和四氯化碳值、有效粒径、平均粒径与 均匀系数，控制指标亚甲兰值、总灰分和水溶物、表观密度和飘浮率，根据活性炭性能指标检测结果和实 际运行效果，对以上各项指标确定了推荐值。