活性炭在第一次世界大戰(zhàn)時，被使用于防毒面具之后，作為吸附材料在各個方面已被廣泛地利用。近來因公害關(guān)系，消費(fèi)量將會較大量地增加。關(guān)于活性炭原料，雖然已研究使用了鋸屑、木炭、褐煤、焦炭等多種原料，但現(xiàn)在仍然是多用木質(zhì)類原料，煤類原料少。本文敘述為什么用木質(zhì)類原料制的活性炭好？考究其原因，并介紹活性炭的制法、種類、及其生產(chǎn)、銷費(fèi)的狀況。
一、活性炭的制法種類
活性炭的制法大致有兩種方法。其一是氯化鋅法，按這種方法制成的活性炭稱之為氯化鋅活化活性炭。概略地說：即把2-3倍于木粉量的氯化鋅摻于木粉中，在約600℃條件下燒成炭化后，用稀鹽酸洗滌，回收氯化鋅，再用堿、熱水洗滌，干燥即為活性炭。其二稱之為水蒸汽法，其活性炭稱之為水蒸汽活化活性炭。將木炭粉、焦炭粉等炭化物粉體或顆粒，于1000℃通進(jìn)水蒸汽，炭化物表面引起氣化反應(yīng)，輕松，形成多孔之后，酸洗，水洗，干燥即成�，F(xiàn)在使用的木炭粉以針葉材鋸屑炭為主。氯化鋅活化活性炭和水蒸汽活化活性炭頗有不同（表1），這個差異主要是熱處理溫度不同而引起的。活性炭工業(yè)制法，按生產(chǎn)規(guī)模、用途而不一樣，氯化鋅法生產(chǎn)多以迥轉(zhuǎn)爐的方式，若是小規(guī)模的也有用鑄鐵鍋燒成炭化的方法。水蒸汽活化也有使用迥轉(zhuǎn)爐的，但采用流動法的多，其他有使用海倫一肖型（迥轉(zhuǎn)）爐。氯化鋅法得到的是粉狀活性炭，水蒸汽法得到的則粉狀、粒狀都有。
表1 氯化鋅活化活性炭和水蒸汽活化活性炭
| 區(qū)別 | 氯化鋅 | 水蒸汽 | ||
| 細(xì)孔容積CC/G | 比表面積M2/G | 細(xì)孔容積CC/G | 比表面積M2/G | |
| 微孔 | 0.25-0.6 | 700-1400 | 0.4-0.9 | 500-1000 |
| 中孔 | 0.02-0.2 | 1-200 | 0.3-1.0 | 200-800 |
| 大孔 | 0.2-0.5 | 0.5-2 | -- | -- |
| PH | 微酸性 | 堿性 | ||
| 電導(dǎo)性 | 幾乎沒有 | 良好 | ||
| 脫色力 | 焦糖液吸附良好 | 次甲基蘭吸附良好 | ||
| 活化溫度（℃） | 650 | 950 | ||
二、活性炭的產(chǎn)銷狀況
日本的活性炭生產(chǎn)、需要的現(xiàn)狀如表2所示，1970年度粉末活性炭生產(chǎn)20040噸，粒狀炭生產(chǎn)5807噸，其年間增 長率粉末活性炭約3%，粒狀炭約24%，在粒狀炭方面有所增長。在粉末活性炭中水蒸汽法又比氯化鋅法有所增長。日本的活性炭用于精糖多，但從表3中看出，在美國凈水用是第一位。今后在日本因公害關(guān)系，凈水、氣體吸附等方面的用量將會加大。
表2 活性炭的生產(chǎn)和需要
| 區(qū)別 | 用途 | 數(shù)量（噸） |
| 粉末炭 | 制糖 | 3790 |
| 淀粉 | 2080 | |
| 谷氨酸鈉 | 2820 | |
| 釀酒 | 1320 | |
| 醫(yī)藥 | 1600 | |
| 油脂 | 560 | |
| 凈水 | 1150 | |
| 工業(yè)藥品 | 3790 | |
| 其他 | 2930包括輸出 | |
| 小計(jì) | 20040 | |
| 粒狀炭 | 乙烯樹脂觸媒 | 1518 |
| 氣體吸附 | 1570 | |
| 凈水 | 1023 | |
| 溶劑回收 | 419 | |
| 工業(yè)藥品 | 724 | |
| 其他 | 553輸出等 | |
| 小計(jì) | 5807 | |
在日木最近一個時期河川、湖泊的污染引人注目，國內(nèi)各地開始使用活性炭凈水。自來水水源污染的原因是由于家庭，工廠的廢水，廢棄物以及浮游生物，藻類的大量發(fā)生所致。前者發(fā)生于河川為主，后者發(fā)生于湖泊，都以臭氣為主要問題。用于凈水的活性炭的使用狀況由表4列出，1969年度粉末活性炭使用量約1000噸，粒狀 活性炭約600噸，粒狀活性炭的消費(fèi)增長率較大。
表3 日美活性炭使用量順序
| 區(qū)分 | 美國 | 日本 |
| 城市水道凈化 | 1 | 5 |
| 精糖葡萄糖 | 2 | 4 |
| 精糖蔗糖 | 3 | 2 |
| 氣體吸附 | 4 | 7 |
| 干洗（凈） | 5 | 11 |
| 橡膠再生 | 6 | - |
| 醫(yī)藥品制造 | 7 | 6 |
| 油脂精制 | 8 | 10 |
| 精糖（甜菜糖） | 9 | - |
| 可塑劑制造 | 10 | - |
| 工業(yè)用水凈化 | 11 | - |
| 電氣電鍍 | 12 | - |
| 酒精飲料制造 | 13 | 9 |
| 谷氨酸鈉 | - | 3 |
| 工業(yè)用藥品 | - | 1 |
| 乙烯樹脂觸媒 | - | 8 |
粉末活性炭在使用時，粉末易飛揚(yáng)，工人討嫌，容易引起事故，但價格便宜（每噸1500日元），使用方便，在 短期（一年中數(shù)日）使用時有利。粒狀炭在時間長的場合（一年中3-4個月）使用有利，但價高（每噸4000日元），現(xiàn)用于作為水源凈水場的京都等水庫。使用活性炭后，水質(zhì)提高，味道變好，但水的價格提高了。此外 ，在日本活性炭也用于工廠廢水處理、下水處理、空氣凈化處理、排煙脫硫等方面。
表4 凈水用活性炭使用量
| 區(qū)別 | 年度 | 活性炭產(chǎn)量（噸） | 凈水使用量（噸） |
| 粉末炭 | 40 | 1477 | 983 |
| 41 | 14903 | 709 | |
| 42 | 16387 | 1177 | |
| 43 | 17445 | 671 | |
| 44 | 19419 | 995 | |
| 粒狀炭 | |||
| 41 | 2865 | 171 | |
| 42 | 2539 | 248 | |
| 43 | 4220 | 377 | |
| 44 | 4686 | 616 |
三、為什么木質(zhì)類炭素適宜作活性炭原料
木炭容易活化。在氯化鋅活化的場合也好，在水蒸汽活化的場合也好，相同情況下都比煤類特別容易活化，特別是纖維素類炭更易活化。其原因如下：
l、木質(zhì)類炭素反應(yīng)性能大
表5 木炭以及焦炭的反應(yīng)率
表5 木炭以及焦炭的反應(yīng)率
| 試料 | 反應(yīng)率CO/CO+2CO2% |
| 10分 | |
| 櫧木白炭 | 55.3 |
| 枹木白炭 | 43.2 |
| 櫧木黑炭 | 67.4 |
| 枹木黑炭 | 67.2 |
| 麻櫟黑炭 | 64.9 |
| 山毛櫸黑炭 | 60.8 |
| 松木黑炭 | 78.3 |
| 一般用焦炭 | 7.7 |
| 鑄造用焦炭 | 5.6 |
試樣：10克（10-20篩孔）
反應(yīng)溫度：950℃30分保持N氣流中
表5所示CO2→CO的反應(yīng)率，即把木炭加熱到950℃，在氮?dú)庵校ㄈ隒O2氣，則還原為CO。木炭類的這個反應(yīng)率 是56-58%，煤炭類約7%。在制造CS2時，將木炭加熱到950℃，加進(jìn)硫磺即生成CS2，而煤焦炭不加熱到1200-1300℃不反應(yīng)。木炭的這樣優(yōu)良的反應(yīng)性能，就是容易活化的 因之一。
2、比表面積大
木炭比起其他的炭素類比表面積大。木炭的比表面積是206-429m2/g，煤焦炭不過20-50m2/g。比表面積大相應(yīng) 地反應(yīng)面積也大，這也是容易賦活的原因。
3、木炭的多孔性
木炭具有與木材原料相同的宏觀構(gòu)造。 所以，當(dāng)其在活化的時候，氣體容易侵入到內(nèi)部，內(nèi)部和外部同時被活化。煤焦炭貫通到內(nèi)部的孔隙少，活化主要在表面迸行。被活化的表面，由于不再進(jìn)行進(jìn)一步的氣化，通常是表面活化而內(nèi)部未活化。因此煤焦炭即使繼續(xù)活化其性能也不再加大，顆粒逐漸變小。由于煤焦炭的活化 難，產(chǎn)量也少，一般不用于活性炭原料。
4、纖維素類炭案多
木炭由纖維素和木素炭構(gòu)成。木炭與纖維素炭和木素炭相比，其物理性木炭通常在后兩種炭素之間。
一般情況纖維素炭容易反應(yīng)，容易活化。而木素炭比纖維素炭反應(yīng)率低，活化困難。這是因?yàn)槔w維素炭是以三 度結(jié)構(gòu)進(jìn)行炭化，而木素炭在加熱過程中即呈熔化狀態(tài)炭化，且沒有纖維素炭的孔隙多，因此纖維素炭活化變得就容易了。煤被認(rèn)為是木素炭類，從這一事實(shí)推斷活化也是困難的。
5、低溫活化的可能性
若用氯化辭法進(jìn)行活化，炭活溫度約600℃，即可得到質(zhì)良的活性炭。這種活性炭孔隙大，呈酸性，與需要約 1000℃的水蒸汽活性炭相比，其物理性有顯著的不同。游離基在600-650℃生成最高。氯化鋅法活性炭正是受 到這個炭化溫度的影響。
煤焦炭等在這樣比較低的溫度下活化是有困難的，而且氯化鋅活化非用木質(zhì)類材料不可。因此，氯化鋅活性炭具有其他炭素類所沒有的特性。
四、結(jié)語
木質(zhì)材料比煤、石油類焦炭材料容易活化，容易得到品質(zhì)優(yōu)良的活性炭，但容易粉化，質(zhì)地松疏，除椰子殼外制取粒狀炭有困難。今后的活性炭特別是粒狀炭的需要有加大的傾向，因此如何從木質(zhì)材料制取硬質(zhì)粒狀活性炭是個值得研究的問題。
關(guān)于木炭的硬質(zhì)化已進(jìn)行了相當(dāng)?shù)匮芯�，將來從鋸屑制得比椰子殼炭還質(zhì)硬的活性炭也并不是不可能的。通過對木炭表面特性的研究，也可能制得具有選擇性吸附性能活性炭。今天用碳黑為原料制取滲透性石墨已被實(shí)用 化，不能停滯在木質(zhì)所固有的優(yōu)越的自然特性的利用上，還期待對其新的特性進(jìn)一步地研究開拓。