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活性炭的應用領域

活性炭是以煤、木材和果殼等含碳材料為原料,經過物理方法或化學方法,經炭化、活化、洗滌等一系列工序製造而成的,內部孔隙結構發達、比表面積大、吸附能力強的一類微晶質碳素材料。活性炭是食品、醫藥、化工、水處理、環保、化學、國防、農業等工農業生產不可缺少的重要的工業產品並廣泛應用於人們的目常生活中。

自從上世紀初問世以來,活性炭的應用領域隨著人們對其研究的不斷深入而日益擴展,應用數量也不斷遞增。按應用領域區分為工業用和民用。

工業用

食品飲料工業
活性炭在食品飲料工業中具有脫色、脫臭、除去膠體、提高結晶、增強穩定性、調香以及有效物質再回收利用等多種功用,因此被廣泛應用於制糖、乳製品、釀造、食用油以及食品添加劑等食品飲料工業中的各個領域。由於木質活性炭灰分低、雜質少、純度高,目前國內食品飲料工業所需活性炭主要以磷酸法木質粉狀活性炭為主。預計今後幾年國內食品和飲料行業中的活性炭消費量仍會保持10%左右的增長率,消費量在2012年將達到5.94萬。


水處理業
活性炭用於水處理通常分為生活用水淨化和汙水處理。活性炭在淨水中的應用日益廣泛,這是因為一方面活性炭對水中有機物有很好的吸附特性,對水中苯類化合物、酚類化合物、石油及石油產品、洗滌劑、合成染料以及許多人工合成的有機物等有較強的吸附能力,比如對COD(化學需氧量)、BOD(生化需氧量)、TOC(總有機碳量)等綜合指標表示的有機物除去率一般達70%~90%;另一方面活性炭處理自來水不會導致Ca、Mg的損失;工業污水的深度淨化處理。

如印染廢水的三級脫色、電鍍廢水的重金屬離子脫除、造紙廢水的淨化回用、石化工業廢水的COD脫除以達標排放等,活性炭被證明是最有效的深度淨化材料之一。生活污水的深度淨化回用。由於城市生活污水的無序排放,其中的BOD、COD、VOC、TOC、NH3–N、NO3﹣–N、P、重金屬等污染物對地表飲用水源的污染日益嚴重,中國的主要河流、湖泊水質惡化情況已非常嚴峻,為了緩解水資源危機,各主要城市的生活汙水處理廠均將污水的深度淨化回用工程列入日程,而活性炭吸附法是目前可選的深度淨化技術之一;隨著中國社會經濟的發展,水資源緊缺和水環境污染問題日趨嚴峻。近年來,中國水資源總量和人均水資源佔有量總體呈下降趨勢。中國水資源嚴重短缺。在此背景下,水處理即水資源的迴圈利用成為活性炭的最大市場,同時也是增長最快的領域之一,預計未來幾年國內的年均增長率為15%,至2012年,水處理用活性炭消費市場將達到10.1萬噸/年的規模。


醫藥工業
醫藥工業也是活性炭的一大用戶。抗菌類藥品、磺胺類藥品等生產過程中都要經活性炭脫色提純,尤其是注射劑必須經活性炭處理,並用在血液淨化、腎透析、口服潰瘍治、止血炭紗布、皮膚病外用炭藥膏等, 同時活性炭可以直接作為藥品。活性炭對人體外源性毒素(如食物中毒、農藥等)和內源性毒素(如甘油三脂、肌肝、尿酸等)都有很好的吸附作用,活性炭因此可被用作解毒劑和清腸劑。同時,活性炭也被作為其他藥物的載體進行使用,如活性炭擔載治癌藥物直接注射治療腫瘤具有顯著療效。由於木質粉狀活性灰分少,純度高,是醫藥用活性炭主要來源。2007年,國內藥用炭及針劑炭的需求量約為15,000噸,預計到2012年該領域的市場需求將達到18,200噸。


化工、冶金、印染及橡膠等工業
活性炭在化學工業中主要用作化工催化劑及載體、氣體淨化、溶劑回收及油脂等的脫色、精製。例如工業煙道氣的脫硫脫硝。火力發電廠排放的SOX和NOX是造成全球大氣污染和酸雨的主要元兇,傳統的石灰乳脫硫技術會造成水體污染,並非一種完美的環保技術。1986年,日本三井礦山株式會社率先研發成功活性炭幹法DeSOXDeNOX技術,目前已發展成為最成功的環保技術之一,已在世界主要發達國家推廣使用。預計到2010年,脫硫脫硝活性炭的世界需求量將達60~80萬噸/年。預計今後幾年國內化工、冶金等各行業的活性炭消費量仍會保持10%以上的增長率,到2012年消費量在2005年將達到68,000噸。


其它新興領域
天然氣吸附存貯,燃氣型機動車是低排氣污染型汽車,採用液化天然氣作燃料時,由於貯氣罐為高壓容器,一旦發生車禍,極可能發生劇烈爆炸引起更大的傷亡事故,目前已研發出了特殊的專用型天然氣吸附存貯用活性炭產品,可將貯氣罐的壓力由幾十個MPa降至5MPa左右,使其安全性提高了幾百倍;二惡英類氣相污染物的脫除。二惡英類化合物是一大類含鹵素有機物的總稱,是近年來新發現的劇烈氣相致癌物質,大量產生於城市垃圾焚燒裝置的排放煙氣中,活性炭,可高效脫除二惡英類污染物,目前的應用已非常廣泛。

燃煤電廠控制汞排放用粉狀活性炭將是活性炭新的市場增長點,美國從2005年開始控制和削減燃煤電廠汞排放量,成為世界上第一個控制燃煤電廠汞排放的國家,並計畫到2018年將汞排放減少69%。在控制汞排放的方法中,活性炭吸附法是最經濟有效的方法之一,預計美國市場該類活性炭的需求量將在2010年後每年達到15萬噸以上。雙電層電容器(Electric double layer capacitor,EDLC),是一種介於傳統靜電電容器和電池之間的新型儲能器件。它具有能量密度高、功率密度高、迴圈壽命長、污染小等優點,因此被廣泛應用於通訊、電子、電動汽車、航空航太和國防等領域。

雙電層電容器的研究,主要集中在高性能電極材料的製備上。電極材料主要有碳材料、金屬氧化物和導電聚合物。其中高比表面積的活性炭由於具有比表面積大、化學穩定性高、導電性好等特徵,一直是EDLC的首選電極材料。同時活性炭也被應用於改良土壤、提高地溫、增加土地水容量、改善透氣性、使農藥和肥料緩釋,進而達到增加農業產量之目的的研究;在色譜分析領域,隨著色譜分析的普及,活性炭在分析上作為試樣的精製、分離、濃縮的普遍手段之一,也已經得到廣泛採用。



生活用活性炭

家用 水質淨化
要用於除去生活用水中的殘留消毒劑及產生的副產物和異臭、異味;新居室:用於吸附新居室內空氣中以及持續釋放到空氣中的甲醛、苯系物、TOVC、氨氣及氡等有毒有害氣體,快速清除裝修異味。衣櫥、書櫃、鞋櫃:祛味、解毒、除濕、防蟲、除臭、殺菌、保存字畫等;衛 生 間:除臭殺菌、清新空氣;地 板:祛味、防潮、防黴、防蟲蛀,保護地板不變形;工藝品:用黑色的活性炭手工雕刻出來的炭雕不僅極具藝術欣賞價值,而且其獨特的吸附能力還能夠有效清除室內空氣中的有害氣體、煙霧和異味


汽 車
吸附新車內各種有害氣體及舊車內各種異味和汽車尾氣的淨化,歐美國家早在20世紀70年代制定了法規,要求在汽車上安裝裝填活性炭的碳罐對汽油蒸汽進行吸附,以防止燃油的揮發污染。近年來,隨著汽車工業的飛速發展,以及各國環境保護排放標準的日趨嚴格,車用活性炭碳罐的應用技術及普及率以不斷提高,並保持較快的增長趨勢。


防毒系列
用作防毒口罩、面具,在存在有毒氣體的環境中,活性炭或添載了化學藥劑後的活性炭常被用作個體防護用品的關鍵部件;在2002年歲末和2003年初爆發的SARS危機中,添加了載銀活性炭的特護面具起到了保護醫護人員的作用。


美容產品
活性炭,憑藉優越的吸附油脂和污垢功效,成為護膚潮流的熱點。活性炭深層潔面乳具有強力吸附毒素和雜質的功效,能像磁石般吸走毛孔內堆積的油脂與深層污垢。有輕微磨沙作用的炭性微粒,更可深層潔淨毛孔中的污垢,預防青春痘與黑頭的產生。


保健領域
活性炭膠囊、食品等,利用活性炭對有毒物質的吸收被專門用於吸收胃腸道內有害物質同時活性炭能減輕食物中的有害化學殘留物對人體的危害起到養生保健的目的。


未來幾年中國民用市場將有約15萬噸/年的需求潛力,且民用產品價格高,並且隨著民用品的普及化,這個數字將越來越大,並將逐步成為人類治理空氣環境、飲水品質,保持健康的主要方式,其市場潛力無可限量。未來活性炭優良的吸附性能和在國民經濟中的廣泛應用,將繼續顯示其旺盛的生命力。特別在宣導低碳經濟的今天,木質活性炭所具有資源綜合回收利用、節能環保的迴圈經濟屬性,在不斷深入和發展的應用領域將有更多的發展機遇。