废活性炭是指已使用过的活性炭,是黑色粉末状或颗粒状的无定形碳。活性炭主成分除了碳以外还有氧、氢等元素。因我国味精、葡萄糖、电厂、水厂、生活用水、工业用水、石油化工、食品饮料、制糖制酒、医药、养鱼等行业每年需要活性炭量达几亿吨以上,但活性炭只能一次性,使用后便把它排弃掉,长年累月,这些废炭发酵变质,便成为环境公害。
在碳化之前,将各种含碳原料与化学药品均匀地混合后,在一定温度下,经历炭化、活化、回收化学药品、漂洗、烘干等过程制备活性炭。磷酸,氢氧化钾,氢氧化钠,氯化钙,氯化锌等都可作为活化试剂。将炭置于较低的温度(250–600°C)下进行活化。一般认为,活化剂具有侵蚀溶解纤维素的作用,并且能够使原料中的碳氢化合物所含有的氢和氧分解脱离,从而产生大量孔隙。由于活化材料所需的温度较低、质量一致性较好、时间较短,化学活化优于物理活化。
活性炭通常用于实验室中净化含有不需要的有色有机杂质的有机分子溶液。出于相同的目的,在大规模精细化工和制药工艺中使用活性炭过滤。碳或者与溶液混合,然后过滤掉,或者固定在过滤器中。
活性炭对碘有很好的吸附作用,碘容量(mg/g,典型范围为500-1200mg/g)可用于指示总表面积。许多碳优先吸附小分子。碘值是表征活性炭性能的基本参数。 它通过从溶液中吸附碘来测量活性炭的微孔(0至20Å,或高达2nm)含量。
性能和反应性的改进
传统活性炭的表面是活性的,能够被大气中的氧和氧等离子体蒸汽氧化,也能被二氧化碳和臭氧氧化。活性炭在液相中的氧化是由多种试剂(硝酸、过氧化氢、硝酸钾)引起的。活性炭可以与氯,溴和氟相互作用。
与其它碳材料一样,活性炭的表面可以在液相中通过氟聚醚过氧化物进行氟烷基化处理,或通过化学气相沉积法与各种含氟有机物质结合。这种材料结合了高疏水性和化学稳定性以及导电性和导热性,可用作超级电容器的电极材料。
磺酸官能团可以附着在活性炭上,形成“星形基团”,可用于选择性催化脂肪酸的酯化反应。由卤化前体形成的此类活性炭提供了一种更有效的催化剂,被认为是残留卤素改善稳定性的结果。活性炭的某些化学性质归因于表面活性炭存在的双键。
溶剂废活性炭再生法是利用活性炭、溶剂与被吸附质三者之间的相平衡关系,通过改变温度、溶剂的pH值等条件,打破吸附平衡,将吸附质从活性炭上脱附下来。溶剂废活性炭再生法比较适用于那些可逆吸附,如对高浓度、低沸点有机废水的吸附。它的针对性较强,往往一种溶剂只能脱附某些污染物,而水处理过程中的污染物种类繁多,变化不定,因此一种特定溶剂的应用范围较窄。