64365-11-3
中文名稱
活性炭
英文名稱
Activated carbon
CAS
64365-11-3
分子式
CH4
分子量
16.04
更新日期
2024/12/23 08:37:03
基本信息
中文別名
活性炭碳分子篩
焦炭分子篩
藥用活性炭
椰殼活性炭
果殼活性炭
針劑用活性炭
活性炭(糖用)
活性炭(藥用)
溶劑回收活性炭
英文別名
activatedBONE BLACK
BONE CHARCOAL
CHARCOAL BONE
CHARCOAL ANIMAL
ANIMAL CHARCOAL
Activated carbon
Csirbon，activated
Norit(R) A pract.
ActivatedCarbonUsp
所屬類別
食品添加劑: 食品加工助劑: 其他加工劑物理化學性質(zhì)
外觀性狀黑色多孔性無味物質(zhì)，粒形可從圓柱形、粗顆粒到細粉末粒子，顆粒直徑一般為1~6mm，長度約為直徑的0.7～4倍?；蚓哂?~120目粒度的不規(guī)則顆粒。無臭、無味，不溶于水和有機溶劑。裝填密度約0.3～0.6g/ml，微孑L容積約0.6～0.8ml/g，比表面積約500~1500m2/g。對有機高分子物質(zhì)有很強的吸著力，故對液相中的微量成分，色素，臭氣物質(zhì)等均有很高的去除能力。最適用pH值為4.0～4.8，最佳溫度60~70℃。
溶解度幾乎不溶于所有常用溶劑
形態(tài)powder
Dielectric constant12.0（Ambient）
制備方法
方法1
由能炭化和活化的有機質(zhì)原料包括木屑、泥炭、褐煤、木炭纖維殘渣、獸骨、果殼、石油焦炭等等，在活化氣體如水蒸氣、二氧化碳中加或不加無機鹽后在高溫下被炭化和活化。亦可用化學活性劑如磷酸或氯化鋅在高溫下炭化后，再水洗以除去化學活性劑而制得。應用領域
參考質(zhì)量標準
I.FCC，1996
▼
▲
氰化物試驗
陰件
重金屬((Pb計)
≤0.004%
高級芳烴化物試驗
陰性
鉛
≤10mg/kg
水抽提物
≤4%
碘值(OT-27)
≥400
Ⅱ.FAO
WHO。1992
干燥失重(120℃，4h) @≤15%
砷(以As計) @≤3mg/kg
鉛(以Pb計) @ ≤10mg/kg
重金屬(以Pb計) @≤40mg/kg
氰化物@陰性
鋅@≤25mg/kg
硫酸鹽灰分(GT-27，試樣500mg) @≤5%
硫化物@陰性
高級芳烴化合物@陰性
酸度或堿度@正常
酸溶性物質(zhì)@≤3%
醇溶性物質(zhì)@≤0.5%
堿溶性呈色物質(zhì)@陰件
吸附能力(所標值的百分數(shù))@90%～110%
常見問題列表
概述
活性炭是具有極大比表面積及很強吸附和脫色能力的一種炭素材料。在19世紀人們就利用它對糖、酒及水等進行脫色、去味及凈化。骨炭用于水的過濾也有100多年的歷史，第一次世界大戰(zhàn)時開始用活性炭制作防毒面具。到20世紀90年代，在污水處理，有機溶劑的濃縮回收，空氣凈化及其他環(huán)境保護，黃金提取等領域得到廣泛的應用。
有機物在600～700℃炭化而殘留下來的炭素材料具有活性或活性化的能力。但這些炭素材料牢固地吸附著一些氣態(tài)碳氫化合物和其他物質(zhì)，降低了其活化能力需要提高炭化溫度到形成活性炭的臨界溫度以上。以使這些被吸附的氣態(tài)物質(zhì)分解，脫析。再以水蒸氣，二氧化碳等進行活化提高活化能力達到工業(yè)應用等級。
活性炭的吸附是由于內(nèi)部有豐富的微孔，即有很大的比表面積，因此，活性炭的制作要點是使用有機物在炭化及活化過程中生成盡可能多的微孔。
圖1 活性炭纖維的微孔
活性炭按其形狀可分為粉狀活性炭、顆粒活性炭及纖維狀活性炭。活性炭的原料有：(1)植物類：木材，鋸木屑，果殼(包括椰殼，山楂核，稻殼等)，纖維素，木質(zhì)素及紙漿殘渣等。(2)動物類：各種動物的骨骸。(3)礦物類：褐煤、泥炭、無煙煤及石油殘渣等。(4)化學類：聚丙烯腈，黏膠，酚醛等纖維。這些原料的共同點是在熱處理過程中發(fā)生固相炭化。
使用歷史
據(jù)埃及古書記載，遠在公元前1550年以前炭就在醫(yī)學上應用。在中國長沙馬王堆西漢墓(公元前190～前110年)中發(fā)掘出完好的女尸，木槨四周及上部填塞木炭，厚30～40厘米，約5 000多千克，這是對炭的吸附性能的應用。在工業(yè)上生產(chǎn)活性炭，是從1900～1901年荷蘭科學家奧斯特利杰科(Raphaelvon Ostrejko)取得化學藥劑法和氣體活化法等的專利開始的。第一次世界大戰(zhàn)時，活性炭開始用于防毒面具，并且提出了著名的吸附理論，如毛細管凝聚理論，吸附等溫線和孔徑分布學說，單分子層和多分子層吸附理論等，這些理論研究加深了對活性炭的認識，促進了活性炭生產(chǎn)的發(fā)展和應用領域的擴大。到30年代，活性炭生產(chǎn)已成為一門工業(yè)，40年代后提出的活性炭孔隙分類法和以吸附勢理論為基礎的微孔充填理論都獲得實際的應用。在中國1932年才開始研究活性炭的生產(chǎn)工藝，到50年代逐漸形成活性炭工業(yè)。活化原理
活化方法有氣體活化法和化學藥劑活化法兩類。氣體活化法又稱物理法。含碳物料用一些氧化性氣體如水蒸氣、二氧化碳(或煙道氣)或氧氣(或空氣)作為活化劑，在高溫下進行活化制造活性炭。木材在炭化過程中常有一些焦油物質(zhì)殘留在木炭中，在活化過程中，活化劑可以使殘留的焦油和其他含碳化合物氧化分解，清除表面的雜質(zhì)，使原來被堵塞的孔隙開放;活化劑也能侵蝕炭的表面，形成新的孔隙，原來孔隙之間的薄壁有可能被燒失，使孔隙擴大，從而形成非常發(fā)達的孔隙結(jié)構(gòu)，使比表面積大大增加和提高了炭的吸附力?；罨枰臏囟纫蚧罨瘎┓N類而不同，用水蒸氣活化的溫度約為800～950℃，用煙道氣活化時約900～950℃，用空氣作活化劑時，由于在高溫下碳和氧的反應非常劇烈，一般在600℃左右活化。化學藥劑活化法多用氯化鋅作為活化劑。主要利用氯化鋅在高溫下對植物原料中的纖維素起潤脹、脫水、侵蝕和溶解作用，而使其形成孔隙，達到活化的目的。氯化鋅法一般能制得過渡孔比較發(fā)達的活性炭，適用于糖色等大分子雜質(zhì)的去除。用氯化鋅法制造活性炭時，鋅屑比(無水氯化鋅與絕干木屑重量之比)對制得活性炭的孔隙大小有很大影響，鋅屑比大時，可以制得過渡孔較發(fā)達的活性炭;鋅屑比小時，可以制得微孔較發(fā)達的活性炭。幾乎所有的含碳物質(zhì)都可以經(jīng)過不同的工序制成活性炭。
制造方法
活性炭的制造原理有物理法和化學法兩種，物理法是將原料在密封、無氧環(huán)境下加熱分解，氫及其他物質(zhì)揮發(fā)而留下炭，同時形成無數(shù)微孔，即炭化過程，炭化溫度最高可達1200℃，然后通水蒸氣或二氧化碳在弱氧環(huán)境下進一步增加微孔，即活化過程，活化溫度一般在700～900℃，冷卻后即為活性炭?；瘜W法是把原料預先和化學藥品加ZnCl2，HCl，F(xiàn)eCl3，H3PO3及H2SO4等充分混合攪拌，然后在較低的溫度如500～600℃進行炭化，為提高比表面積，在炭化后再在水氣或二氧化碳氣氛下進行活化。氣體活化法
制造活性炭的主要設備是活化爐。在中國，氣體活化法常用鞍式爐，也有用多管爐、流態(tài)化爐和轉(zhuǎn)爐。美國還用多層爐等。鞍式爐(圖1)是由活化爐爐體、左右兩個蓄熱室和煙囪組成。活化爐爐體是用馬鞍形和其他異形耐火磚砌成的有許多活化道的方形爐(圖2)，分為左右兩個半爐。原料炭裝入爐頂?shù)脑喜蹆?nèi)，借重力沿活化道緩慢下降，順序經(jīng)過預熱段、補充炭化段、活化段和冷卻段， 最后由下部卸出。用卸料的間隔時間長短來控制炭料的下降速度。水蒸氣活化劑送入左蓄熱室下部， 被預熱到1000～1100℃后送入左半爐，經(jīng)活化段與原料炭直接接觸使其活化。由于活化反應是吸熱反應，使爐溫不斷下降。活化得到的混合氣體轉(zhuǎn)入右半爐，在爐子的不同位置上通入二次空氣， 使可燃氣體燃燒， 產(chǎn)生的熱量使爐溫上升，混合氣體使右半爐的木炭活化。逸出的高溫煙道氣進入右蓄熱室，使其中的格子磚加熱升溫后排入煙囪。每隔30分鐘將煙道、空氣和水蒸氣的閘閥切換一次，這時水蒸氣送入右蓄熱室按完全相反的方向流動，這樣，可以使左右兩半爐交替升溫和降溫，經(jīng)常保持在活化需要的溫度范圍內(nèi)。正常的活化溫度為850～950℃。必須注意保持活化爐的正壓操作。活化爐卸出的活化料經(jīng)除砂、破碎、篩選、酸洗、水洗、脫水、干燥等后處理工序即可得活性炭成品。
圖2 鞍式爐結(jié)構(gòu)示意
1.預熱段; 2.補充炭化段; 3.上近煙道; 4.活化段; 5.上連煙道;6.中部煙道; 7.燃燒室; 8.蓄熱室; 9.格子磚層; 10.上遠煙道;11.下遠煙道; 12.冷卻段; 13.基礎; 14.下料口; 15.加料槽
結(jié)構(gòu)和性質(zhì)
活性炭屬無定形碳，雖然它們不具有金剛石和石墨那樣的結(jié)晶結(jié)構(gòu)，但是，從X射線的衍射中已經(jīng)查明，它們的結(jié)構(gòu)中含有基本微晶?；疚⒕怯蓭讓犹荚映柿切闻帕械木W(wǎng)狀結(jié)構(gòu)不規(guī)則的互相重疊組成的。在活性炭中除了基本微晶以外，還有未組成平行層的單個網(wǎng)平面和無規(guī)則的碳，如脂肪鏈狀結(jié)構(gòu)的碳，附著在芳族結(jié)構(gòu)邊緣上的碳等?；钚蕴康脑亟M成除了碳元素以外，還有以化學結(jié)合形式存在的氫、氧等，和以灰分形式存在的許多元素，活性炭的表面還有酸性的和堿性的表面氧化物和官能團。活性炭最重要的性質(zhì)是吸附性質(zhì)?；钚蕴渴嵌嗫孜镔|(zhì)，含有大量的孔隙，其中有半徑在20埃以下的微孔，半徑為20～1000埃的過渡孔和半徑為1000～20000埃的大孔。由于各種活性炭的孔隙大小不同和含有不同性質(zhì)的表面氧化物及官能團，因此，吸附性能各不相同，并具有選擇吸附的能力。例如糖用活性炭具有較多的過渡孔、對大分子的糖色雜質(zhì)有較好的吸附力，而具有較多微孔的活性炭適用于氣相吸附和小分子雜質(zhì)的去除。粉狀活性炭的主要質(zhì)量指標：對0.15%亞甲藍的脫色力為8～14毫升/0.1克活性炭，對A法或B法焦糖色的脫色力為90～100%，總鐵量不大于0.05～0.10%，氯化物含量不大于0.2～0.25%，pH值3～9，灼燒殘渣不大于3～8%，干燥減量不大于10%。詳細的分類和分級指標見中華人民共和國林業(yè)部粉狀活性炭標準LY 216—79。
活性炭必須具有足夠的機械強度，能經(jīng)受使用時的磨損。適當降低活化溫度，縮短活化時間有利于機械強度的提高，但伴隨的是吸附能力的降低，為提高吸附能力，必須提高活化溫度和延長活化時間，這又帶來強度的損失和收得率的降低，因此，需要根據(jù)使用要求綜合考慮，以獲得最佳的使用效果，最低的生產(chǎn)成本。使用后的活性炭很容易再生重新使用，這可避免二次環(huán)境污染。
主要指標
活性炭的主要指標有：粒度、強度、水分、水容量、堆積密度、顆粒密度、真密度、比表面積、灰分等表征物理性質(zhì)的指標和苯吸附率、四氯化碳活性等表征吸附性能的指標。低溫(400℃)活化的炭稱L-炭，高溫(900℃)活化的炭稱H-炭。H-炭必須在惰性氣氛中冷卻，否則會轉(zhuǎn)變?yōu)長-炭。活性炭的吸附性能與氧化活化時氣體的化學性質(zhì)及其濃度、活化溫度、活化程度、活性炭中無機物組成及其含量等因素有關(guān)，主要取決于活化氣體性質(zhì)及活化溫度?；钚蕴康暮苛?、比表面積、灰分含量及其水懸浮液的pH值皆隨活化溫度的提高而增大?；罨瘻囟扔?，殘留的揮發(fā)物質(zhì)揮發(fā)愈完全，微孔結(jié)構(gòu)愈發(fā)達，比表面積和吸附活性愈大。隨炭中揮發(fā)物的去除，炭中的灰分含量增大?；钚蕴恐械幕曳种饕蒏2O、Na2O、CaO、MgO、Fe2O3、Al2O3、P2O5、SO3、Cl-等組成?；曳纸M成及其含量對炭的吸附活性有很大影響，一般可用鹽酸或氫氟酸浸泡再水洗的方法去除或降低活性炭的灰分。活性炭的灰分含量與制取活性炭的原料有關(guān)。活性炭中氫和氧的含量隨活化溫度的升高而降低。
活性炭對酸或堿的吸附能力與其水懸浮液的pH值有關(guān)，使蒸餾水的pH值降低的活性炭對堿有較強的吸附能力;使蒸餾水的pH值上升的活性炭對酸有較強的吸附能力?；钚蕴康臋C械強度與制取活性炭的原料及炭化溫度有關(guān)，炭化溫度超過700℃時，其機械強度將顯著增大?；钚蕴砍龔V泛用于廢水凈化和分析化學等領域外，在化學選礦工藝中主要用于提取金銀。
應用
活性炭的應用范圍非常廣泛，它的應用幾乎涉及國民經(jīng)濟各領域，在氣相吸附中，用于從廢氣中除去有害氣體，環(huán)境保護中的空氣凈化，回收溶劑，排煙脫硫，原子輻射的防護和除去原子能設施中逸出的核裂變放射性物質(zhì)和放射性碘、氪、氙等。在液相吸附中，用于食品工業(yè)中的葡萄糖、飴糖、食糖、乳制品、食用油、果汁飲料、酒類、食品添加物如味精、檸檬酸、瓊脂、果膠和其他食品的精制凈化；醫(yī)藥工業(yè)中各種藥物和針劑的凈化精制；化學工業(yè)中各種化學藥品、工業(yè)用油劑等的精制、凈化和回收；廢水處理，用水處理；合成纖維工業(yè)、石油精制等，以及用作催化劑和催化劑載體等。隨著科學技術(shù)的發(fā)展，活性炭的品種及吸附能力將進一步增多和提高，如最近開發(fā)研究高比表面積的活性炭，其表面積可達3000m2/g，活性炭的應用范圍將更為廣大。本信息由ChemicalBook的曉楠編輯整理。
毒性
ADI不作限制性規(guī)定(FAO/WHO，2001)。
ORAS(FDA，§240.361，§240.236，§240.401，2000)。
使用限量
FDA， §240.105l(2000)：葡萄酒0.9%，雪利酒0.25%；葡萄汁0.4%。 鑒別試驗 取粉末試樣約3g，放入一盛有10mL5%稀鹽酸的帶有玻璃塞錐形燒瓶中，煮沸30s后，冷卻至室溫。加碘試液(TS-l24)100ml，加塞，強烈振搖30s。經(jīng)濾紙過濾，棄去一部分初濾液后，承接濾液50ml。另取碘試液10ml，加水至50ml作為參比液。試樣液應不深于參比液，即表示試樣具有吸附作用。
取試樣于空氣中灼燒，應有一氧化碳和二氧化碳揮發(fā)，并殘留灰分。
加熱至紅，緩慢燃燒而無火焰。
食品添加劑最大允許使用量最大允許殘留量標準
▼
▲
添加劑中文名稱
允許使用該種添加劑的食品中文名稱
添加劑功能
最大允許使用量（g/kg）
最大允許殘留量（g/kg）
活性炭
食品
食品工業(yè)用加工助劑
/
一般應在制成最后成品之前出去，有規(guī)定食品中殘留量的除外