低碳经济说活性炭

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  无法计算我——孔道数不清
  活性炭是一种优良的吸附剂,主要是由80%~90%的碳组成的多孔性物质。
  碳有两种结构形式,一种是无定形的,另一种是结晶形的。组成活性炭的碳是属于结晶形的。这些碳结晶在活性炭中无规则地排列着,堆积得非常疏松,但是相互连接又十分牢固,因此便形成数不清的孔隙。这些孔隙有大有小,互相通连。
  活性炭的孔细,大孔用肉眼也看不到,只有放在光学显微镜下,才能看到,有的小得与分子一样。这么小的孔,用光学显微镜也看不见,只有借助于电子显微镜才能观察到。
  活性炭中,孔隙的数目非常多。据统计,每一克活性炭,微孔竟达到1 020个,如果有办法把这些大大小小的孔隙都一个一个地切开、展平,并一块接一块地铺起来,就会发现,一克活性炭的全部孔隙的表面,足足可以覆盖800~900平方米的面积。其中,微孔的表面积约占全部的90%。为了能够进行定量的比较,我们通常把单位质量下的表面积叫做比表面。活性炭的比表面确实首屈一指,没有谁能与它相比。
  要你靠近我——极强的吸附作用
  几乎所有固体、液体都有吸附作用。我们知道,物质都是由分子构成的。在固体、液体的内部,分子之间的相互作用力是平衡的。而处在表面上的分子,所受的力却失去了平衡。处在这种状态的分子为了维持平衡——这是物质最稳定的状态,就要吸引其他分子,这种分子间相互的吸引就是物理吸附作用。
  一般固体表面吸附作用较弱,然而,发生在活性炭微孔中的物理吸附作用,情况就大不一样了。由于微孔的孔径大小与被吸附物质的分子大小相近,这样,处在表面的活性炭分子,对一个被吸附的分子,就可以从不同的角度同时进行吸附,显然,这种吸附是很牢固的。而活性炭的比表面这么大,就使它有可能截获住许多这种分子。活性炭被称为万能吸附剂,至今还没有哪一种吸附材料能超过它。
  活性炭的物理吸附作用,最主要是在微孔中进行的。被吸附物质的分子大小,一般与孔径相当。但是,对于一些沸点低、分子小而又活泼的物质,采用物理吸附就难以奏效了。那么,是否活性炭就不再是万能吸附剂了?不是这样的,我们可以把活性炭经化学药品浸渍,化学药品就附着在了活性炭的孔隙表面。当这些小分子通过活性炭时,就被预先埋伏在大、中孔里的化学药剂所俘获,并立即起化学反应。例如,氢氰酸是一种剧毒物质,当它通过浸渍有铜的氧化物的活性炭时,便发生化学变化,生成有毒固态物质,并沉积在活性炭的孔壁上。我们把活性炭的这个本领叫做化学吸着作用。化学吸着作用主要是在活性炭的大孔和中孔内进行。当然,在狭窄的微孔中,一定会有些孔道被浸渍物所占据,从而消弱了活性炭的物理吸附能力,但是人们还是可以通过调整孔隙度、改变浸渍条件等方法,得到一个令人满意的折衷方案。
  不要抛弃我——活性炭的再生
  活性炭的应用范围日益扩大,使用量日益增加。如果用过一次就扔掉,那就太可惜了。能不能让活性炭再生,也就是将用过的失效的活性炭经过处理后,使其重新具有活性,恢复它原来的吸附能力或者恢复绝大部分的吸附能力,实现多次重复使用呢?为此,人们进行了不断的探索和研究,取得了一些成果。
  活性炭的传统再生主要有三种方法。
  加热再生法就是将吸附了有机物的活性炭放入再生炉中加热,使一部分被吸附物质挥发或热分解而分离,另一部分再与水蒸气反应而被氧化,使活性炭得到再生。这种方法简单易行,是最广泛使用的一种方法。
  化学再生法就是用无机化学药品进行再生,这种方法常用在被吸附物质有回收价值的情况下。
  生物再生法是在炭层内,让某种细菌繁殖,而使吸附的有机物分解。
  此外,目前新兴的活性炭再生技术还有溶剂再生法、超声波再生法、微波辐射再生法、催化湿式氧化法、超临界流体再生法等。
  虽然这些新兴技术在工艺路线上还不成熟,目前尚无法投入工业使用,但它们的出现为活性炭的再生带来了新思路与新探讨。由于活性炭的再生还在继续研究,一些其他的再生方法也不断出现。人们可以预料,活性炭的再生还会研究出更好的方法,为环境保护造福。
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