什麼是活性碳？ - 社會議題

By Jake
at 2005-08-31T00:00

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什麼是活性碳？
有什麼效用？

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By Doris
at 2005-09-02T23:56

活性碳(activated carbon)的主成分為碳，並摻有少量的氫、氧、氮、硫等化合而成，為黑色且表面複雜的多孔性物質，結構則為碳所形成的六環狀物，粒形可以從圓柱形粗顆粒到細粉末粒子，故有粒狀及粉末狀兩種型態。顆粒直徑一般為1~6mm，長度約為直徑的0.7~4倍，或具有6~120網目粒度的不規則顆粒。
活性碳無臭、無味，不溶於水和有機溶劑。裝填密度約0.3~0.6g/ml，甚大的微孔容積約0.6~0.8ml/g，比表面積約500~1,500m2/g，故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。最適用pH值為4.0~4.8，最佳應用溫度為60~70℃。
目前巿面上可購得各種形狀的活性碳，例如粉狀碳或破碎狀的顆粒碳、造粒為條狀或球狀的造粒碳、或纖維狀的纖維碳及成形為蜂巢狀的一般活性碳；此外尚有添加化學藥劑以加強選擇性吸附能力的機能性碳。除了形狀差異外，活性碳的各種物理及化學性質對於其應用的領域也深具影響。比如除臭用活性碳以微孔含量高者為佳，但此種活性碳卻不見得適用於脫色。
三、活性碳之應用
活性碳主要是用作為氣體或各種物質選擇性吸附的基材，用途廣泛，上自化學品、醫藥品的生產製程，下至廢水處理、含戴歐辛(dioxin)之廢氣處理等環保領域，也用於淨水、廢水處理、甜味料脫色、化學、醫藥和礦物加工、食品加工、空氣或其他氣體吸附純化與溶劑回收。一般而言，目前活性碳在水質的處理上大約佔其用途的80%，包括30%用於飲用水、22%用於工業及都巿廢水、12%用於甜味料之脫色、地下水用7%、礦物用5%、家庭用約5%、食品加工用約4%，以及其他包括化學製程的雜項約佔有11%；至於在氣體上的用量約佔其20%，包括5.8%用於空氣淨化、5%用於溶劑回收、4%用於汽車，以及其他包括香煙濾嘴的雜項約佔有5.2%。
活性碳因碳的形狀與性質而有不同的應用領域。粉狀碳主要應用於化學品純化/脫色、水處理、飲料淨化、精製糖、製藥及食用等液相製程；粒狀碳除了可用於液相外，也可用於氣體吸收、溶劑回收、金的回收等氣相應用；蜂巢狀及纖維狀碳則多使用於大空間低濃度的氣相中，如吸附空氣中VOCs(有機揮發性化合物)或毒性物質的濾網、影印機或室內空氣淨化器用除臭濾網等；纖維狀碳尚可做成口罩、防護衣及濾水器之濾心等。
活性碳市場的活絡主要來自環保議題的驅動，尤其是水和空氣污染的處理，這種現象在先進國家中特別明顯，而其他傳統用途的用量，也以2~3%的比例逐年增加。目前各大活性碳廠商也均朝向氣體分離用、回收汽車之汽油蒸汽(gasoline vapor)、電子材料等精密且高附加價值之領域與活性碳摻混製程方面加速發展，一方面也可彌補應用在泛用品領域逐漸萎縮的利潤。
四、活性碳的製造
幾乎所有可碳化的物質均可用來製造活性碳，故包括木屑、泥炭、褐煤、木炭纖維殘渣、石油焦炭及椰子殼等都是製造活性碳的常用原料。近年來原料更是多樣化，甚至人造纖維、廢車胎、廢塑膠、稻草、污泥均有人在開發作為生產活性碳的原料。
活性碳的製程包含碳化(carbonize or char)和活化(activate) 兩個基本步驟。碳化的目的為去除其中的水份，使有機物碳化；活化的目的則為產生基本孔隙的碳化物。碳化步驟通常在500~750℃的高溫與無氧的條件下進行；活化步驟則只是簡單的熱處理，通入的氣體大部分採用蒸氣、二氧化碳或是二者的混合物，反應溫度約750~1,000℃。目前有水蒸氣法和氯化鋅法兩種活化步驟的流程。使用過的活性碳可藉由去除孔隙中的污染物而再生。
此外，澳洲的研究機構CSIRO也研發出由鋸木廠的鋸屑為原料以生產活性碳的方法。此製程是將鋸木屑通過所謂的流體化沙床(fluidized sand bed)並加熱到500℃，再經蒸氣處理、活化。所生產的活性碳可以用來淨化空氣、純化水質等。

By Irma
at 2005-09-03T05:22

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。
<<<<效用>>>>
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﹐>>>>>廣泛應用於糖﹑酒﹑油﹑果汁等生產的脫色精製﹐抗菌素製備﹐溶劑回收﹐有毒氣體防禦﹐空氣和飲用水淨化﹐污水和廢氣處理﹐以及人造臟器和高真空技術等。藥用活性碳作為內服藥﹐用於治療中毒和腹瀉等疾病。
碳的表面吸附能力早已為人們熟知﹐並用於醫藥﹑防潮等方面)﹔但活性碳作為工業生產還是從1900～1901年開始的。第一次世界大戰時﹐活性碳首次用於防毒面具。20世紀20年代﹐對活性碳吸附理論和碳表面化學的深入研究﹐促進了活性碳生產的發展和擴大了應用領域。到30年代﹐活性碳生產已成為一門工業。40年代後提出的碳孔分類法? M以位能理論為基礎的微孔充填理論都獲得實際的應用。
<<<<種類﹑構造和性質>>>>
按外形分為粉狀碳﹑顆粒碳(如圓柱形﹑球形﹑不規則形)和纖維狀碳﹔還有活性碳的紙﹑布﹑板等製品。按用途分為氣相吸附碳﹑液相吸附碳﹑催化劑和催化劑載體碳等。
活性碳由類石墨微晶堆積而成﹐屬無定形碳﹐含有以表面化合物形式存在的氫﹑氧等元素和以灰分形式存在的無機氧化物。它具有選擇性吸附能力﹐利用其孔徑大小和表面理化特性﹐可從複雜的多組分氣體或液體中吸附分離出某些組分。
<<<<活性碳生產>>>>
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。
>>>>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﹐孔徑多為50～100埃﹐有利於從溶液中吸附去除分子較大的雜質。適用於液相脫色精製。
>>>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 埃的微孔比較發達﹐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。

By Elvira
at 2005-09-04T15:39

活性碳最大的特色就是具有很多微細的孔隙，它的化學結構主要是由六環碳所堆疊而成的不規則構造，所以具有很多孔洞，也因此對於微小的粒子具有很好的吸附作用。
活性碳的種類有很多種，依其不同的特性而有不同的用途，但都與其吸附能力有關。例如－－濾水器的濾心（吸附水中的雜質與微粒）、除臭劑（吸附臭味分子）、脫色劑（吸附色素顆粒或染劑）、處理廢氣廢水等。

By Dora
at 2005-09-03T04:22

活性碳自二十世紀初即被發現可用來做為水處理用。它是一個具多孔狀組織的碳，這些孔就是用來增加活性碳吸附雜質的表面積。碳化物質的物性與它的原材料和處理過程的好壞有極大的關係。目前常見的碳有以煤、樹木、椰子殼或棕櫚為主要原料。椰殼燒結而成的碳具有較好的穩定性、孔的分佈及其表面積都較其他種類的碳來得佳，這些特性使得它在水處理上有更良好的表現。活性碳是靠表面多孔狀組織吸附取化學物質，有機污染源、異色、異味等。一般而言，體積越小的活性碳，其總體表面積會越大，而其抓取吸附能力也就會越高，但其管路的壓損也會越高，這是在選擇活性碳時必須注意的。

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