一、活性炭過濾原理 

   活性炭的吸附能力與水溫的高低、水質的好壞等有一定關系。水溫越高，活性炭的吸附能力就越強；若水溫高達３０℃以上時，吸附能力達到極限，并有逐漸降低的可能。當水質呈酸性時，活性炭對陰離子物質的吸附能力便相對減弱；當水質呈堿性時，活性炭對陽離子物質的吸附能力減弱。所以，水質的ＰＨ不穩定，也會影響到活性炭的吸附能力。　　 

    活性炭的吸附原理是：在其顆粒表面形成一層平衡的表面濃度，再把有機物質雜質吸附到活性炭顆粒內，使用初期的吸附效果很高。但時間一長，活性炭的吸附能力會不同程度地減弱，吸附效果也隨之下降。如果水族箱中水質混濁，水中有機物含量高，活性炭很快就會喪失過濾功能。所以，活性炭應定期清洗或更換。　

    活性炭顆粒的大小對吸附能力也有影響。一般來說，活性炭顆粒越小，過濾面積就越大。所以，粉末狀的活性炭總面積最大，吸附效果最佳，但粉末狀的活性炭很容易隨水流入水族箱中，難以控制，很少采用。顆粒狀的活性炭因顆粒成形不易流動，水中有機物等雜質在活性炭過濾層中也不易阻塞，其吸附能力強，攜帶更換方便。　　 

活性炭的吸附能力和與水接觸的時間成正比，接觸時間越長，過濾后的水質越佳。注意：過濾的水應緩慢地流出過濾層。新的活性炭在第一次使用前應洗滌潔凈，否則有墨黑色水流出。活性炭在裝入過濾器前，應在底部和頂部加鋪２～３厘米厚的海綿，作用是阻止藻類等大顆粒雜質滲透進去，活性炭使用２～３個月后，如果過濾效果下降就應調換新的活性炭，海綿層也要定期更換。 

二、影響粒狀活性炭應用的主要性質  

     應用粒狀活性炭，尤其大量應用，最影響效果和成本的活性炭主要性質是：吸附量；壓降或床層膨脹；抗磨性；大小、水分、灰分、pH值和可溶物。 　

     應用較為大量的粒狀活性炭都裝在柱型設備中，就要講究壓降(壓頭損失)或床層膨脹，是設計炭柱的必要因素。壓降由微粒大小和大小分布所決定。床層膨脹由微粒大小、形狀和大小分布以及微粒密度所決定。 

     大量使用粒狀活性炭時，常加水以泵輸送和以運輸帶脫水，因此要重視活性炭的損失量，講求活性炭的抗磨性。

三、評價活性炭的吸附能力 

      吸附分液相吸附和氣相吸附兩類，液相吸附能力常以吸附等溫線進行評價，氣相吸附能力以溶劑蒸氣吸附量評價。

　　吸附等溫線表示一定溫度下吸附系統中被吸附物質的分壓或濃度與吸附量之間的關系，即當保持溫度不變，可測得平衡吸附量和分壓或濃度間的變化關系。以剩余濃度為橫軸，以活性炭單質量的吸附量為縱軸可繪出關系曲線。

　　當保持分壓或濃度不變，可測得平衡吸附量和溫度間的變化關系，繪出關系曲線，即吸附等壓線。由于在工業裝置中少量成分吸附大致在等溫狀態下進行，所以吸附等溫線最為重要和常用。

　　溶劑蒸氣吸附量表示氣相吸附性能，可用顆粒活性炭的四氯化碳吸附率的測定為例，在規定的試驗條件下，即規定的炭層高度、氣流比速、吸附溫度、測定管截面積、四氯化碳蒸氣濃度的條件下，持含有一定四氯化碳蒸氣濃度的混合空氣流不斷地通過活性炭，當達到吸附飽和時，活性炭試樣所吸附的四氯化碳的質量與試樣質量之百分比作為四氯化碳的吸附率。

　　活性炭應用中對于吸附能力，最好用實際擬用的活性炭、操作的條件、具體的處理物進行評價測試。

　　活性炭的吸附量，即單位活性炭所吸附的吸附質的量，工業上也有稱為活性炭的活性，活性有兩種表示方法：

　　靜活性-----即通常所指的吸附劑達到平衡的吸附量。

　　動活性----是指流體混合物通過活性炭床層，其中吸附質被吸附，經一些時間的運作，活性炭床層流出的流體中開始出現含有一定的吸附質，說明活性炭床層失去吸附能力，此時活性炭上已吸附的吸附質的量，就稱為活性炭的活性。是設計大量的、經常的、重要的吸附系統所需的數據。

　　用液相等溫線法測定活性炭吸附能力的標準實用方法，可用于測定原始的和再活化的和粉狀活性炭的吸什能力。

四、活性炭比表面積和吸附能力的關系  

   一般來說活性炭的比表面積（BET）越大，吸附力也越大，但是有時候卻不一定。

　　BET是用氮氣或丁烷的吸附方法測出活性炭總表面積的應用參數。按理BET越大，吸附力就越大。可是在實際應用中這概念有局限性，因為活性炭的孔有大孔、中孔和微孔的區別，有時僅有部分的孔適合于某類大小吸附物的進入。

　　在液相應用中，通常有機物的吸附值隨分子量（分子大小）的提高而提高。直到分子大到不能進孔為止。最理想的活性炭是具有大量恰好稍大于吸附物分子的孔。孔太小，吸附物進不了；孔太大，使單位體積的表面積減少。

　　在氣相應用中，小分子被吸附進入微孔。這時總表面積的概念是合用的。至于活性炭對金屬絡合物的吸附，涉及化學鍵的形成，也不是BET越大越好。

五、活性炭在液相吸附中的應用 

活性炭在液相中主要用于脫色精制，有時也用于捕集回收或分離。 

液體用活性炭進行脫色精制時，除了脫色（即吸附除去在可見光波長內具有吸光性的物質）以外，同時還能夠除去在可見光波長以外具有吸光性的物質，除去顏色的前軀物質，除去有臭味的物質或調整香味，除去臭味的前軀物質，除去渾濁及可能導致渾濁的物質，除去起泡性物質，除去妨礙結晶的物質，除去膠體物質，除去對膠體有保護性的物質，除去生理性有害物質，以及除去促進產品變質的物質等，具有多種綜合性的精制作用。 

液相擴散速度比氣相小得多，為了在短時間內獲得吸附效果，因此常常使用粒度很細小的粉末狀活性炭。但是，在處理量很大的場合，顆粒狀活性的用例不斷增加。因為其操作方便，容易再生。表3-6-4中列示了液相中使用活性炭的主要操作方式。

表3-6-4  液相中使用活性炭的主要操作方式。

六、活性炭在精制氣體中的應用 

精制工業用原料氣體或工藝氣體 活性炭用于精制多種工業用原料氣體或工藝氣體，以除去它們中所含有的各種雜質，提高純度和使用價值。表3-6-1中列示了用活性炭精制的一些氣體名稱以及要除去的雜質成分。

表3-6-1  活性炭對原料氣體及工藝氣體的精制 

    由表3-6-1可見，用活性炭精制氣體是將小分子、低沸點氣體中的少量大分子、高沸點的氣體除去。

七、活性炭在液相吸附中的應用 --水處理

    水處理 水處理是活性炭應用廣，潛力最大的部門。飲用水的質量直接關系人體健康；排水及廢水處理與否對地球水環境有重大影響。發達國家活性炭用量的50%以上與水處理有關；我對水質重視程度也逐漸增加。

（1）處理上水（自來水）：上水用活性炭處理的目的是提高水質，除去臭氣、臭味、腐殖質、油類、農藥、洗滌劑等對人體有害的物質。

（2）處理生產用水：活性炭在處理各種生產用水中獲得廣泛應用。如在釀造業、清涼飲料業及制冰業，使用活性炭除去地下水中的顏色、臭味、膠體物質、洗滌劑、農藥及其他有機物質，或者除去自來水中的游離氯氣、臭味等；電力、化學等工業部門用活性炭處理鍋爐用水及鍋爐回流水的脫油；醫藥工業用活性炭除去水中的致熱源；電子工業使用活性炭制取超純水；海運業使用活性炭制造飲用水；水族館中用活性炭除去自來水中的氯氣等。

此外，活性炭還用于保護離子交換樹脂，凈化工廠的循環用水等。

（3）處理生產廢水：各種生產過程中排出的廢水，含有不同的雜質，但比較單純，易于進行處理。因此，應該處理以后再排放或者循環使用。

  （4）處理下水（污水）：下水是各種廢水匯集成的污水，成分極其復雜。進行處理時，通常將凝聚沉淀法（物理法）、活性炭泥法（生物法）與活性炭吸附法配合使用，以提高處理效果，降低處理成本。活性炭處理通常和生物法配合使用，或置于其后作為終級處理。經過處理，可以除去顏色、農藥、洗滌劑、臭味，以及BOD、COD、TOC等雜質，作為工農業用水而再次利用或排放。

八、活性炭對各種蒸氣之吸附能力 

九、活性炭對各種有機物質之吸附容量 

十、不適合使用活性炭吸附處理的VOCs 

反應性化合物 

有機酸、醛類、某些酮類、某些聚合物單體 

酚類 

二醇類、胺類 

高沸點物 

可塑劑、樹脂14以上之長鏈碳氫化合物

十一、活性炭在液相吸附中的應用 

其他液相精制 除了水處理以外，活性炭還在制糖、食品、釀造、醫藥、化工等許多部門的液相精制中具有廣泛的用途。表3-6-5中列舉了一些覺見的用例。

表3-6-5活性炭液相精制的用例

注：A：脫色；B：除去膠體物質；C：提高結晶性；D：提高產品穩定性；E：調整香料；F：脫臭；G：去除白土臭；H：提高純度和得率；I：除去起泡性物質；J：再利用。

十二、氣相回收及捕集 

其他氣相成分的捕集或回收 活性炭除用于從空氣中回收有機溶劑以外，還廣泛地用于從其他氣相成分中捕集和回收各種有關物質。表3-6-3中列舉了這方面的一些用例。 

表3-6-3  活性炭在其他氣相捕集或回收中的應用 

下面以防止汽車中汽油揮發裝置為例，說明活性炭在捕集回收方面的具體應用。該裝置的工作原理。汽車停止時，由于氣溫升高、太陽照射等原因，使油箱、化油器、氣缸等處汽油揮發。揮發出去的氣體通過裝置中的活性炭層（過濾器）吸附，防止擴散到外界。當汽車開支行駛時，通過吸氣管的負壓和排氣管的壓力，使壓力動作閥動作，讓濾氣器中一部分空氣經過活性炭層以后再進入吸氣管中。此時，活性炭層所吸附的汽油脫附，隨空氣進入氣缸中燃燒；同時，活性炭獲得再生。這種裝置中只充填了幾百克顆粒狀活性炭，就不僅能防止汽油揮發到外界污染空氣，還能夠節約汽油，而且使用十分方便。

十三、分離氣體  

      利用活性炭對不同種類的氣體具有不一樣的吸附能力這一性質，活性炭吸附法常用于分離氣體。
    用活性炭從天然氣中分離汽油組分時，初期，活性炭逐漸被包括甲烷等分子量小的烴類物質在內的組分所飽和，但是隨著吸附時間的延長，由于活性炭具有對分子量大的同族化合物吸附能力大的特性，所吸附的甲烷等低級烴類逐漸被分子量大的己烷、戊烷等置換出來。結果，活性炭中吸附保留的主要是汽油組分，而甲烷、乙 烷、丙烷之類分子量小的組分則穿過活性炭層，保存在氣相中，從而達到分離的目的。

    又如，利用壓力循環吸附法，可以使用活性炭將空氣中的氧氣和氮氣分開；利用活性炭吸附法，能從煤氣中分離出苯，能從反應產物中進行同分異構體的分離等等。

十四、活性炭應用注意事項 

  　1、運輸與裝卸： 活性炭在運輸過程中，不得用鐵鉤拖拽，應防止與堅硬物質混裝，不可強烈振動、磨擦、踩、砸，嚴禁拋擲，應輕裝輕卸，以減少炭粒破碎，影響使用。

    2、儲存：應儲存于陰涼干燥處，防止內外包裝袋破裂，防止受潮和吸附空氣中其它物質，影響使用效果。嚴禁與有毒有害氣體或易揮發物質混放，存放要遠離污染源??

    3、嚴禁水浸： 活性炭屬于多孔性吸附類物質，所以在運輸、儲存和使用過程中，都要絕對防止水浸，因水浸后，水填充了活性孔隙，減少了活性炭比表面與氣體的直接接觸，嚴重影響使用效果。

    4、防止焦油類物質： 在使用過程中，應禁止焦油類粘稠物質進入活性炭床，以免堵塞活性炭孔隙或遮蓋了活性炭展開表面，使氣體不能與活性炭展開表面接觸，失去應用效果，如氣體中含有此類物質，應在氣體進入活性炭床前進行清除（最好有除焦設備）以達到好的應用效果。

    5、防火： 活性炭在儲存或運輸時，防止與火源直接接觸，以防著火。活性炭再生時避免進氧并再生徹底，再生后必須用蒸氣冷卻降至800℃以下，否則溫度高，遇氧，活性 炭自燃。

    6、使用： 裝填時應先篩去因搬運產生的碎粒與粉塵。然后層層均勻鋪開，不得從進料孔處直接倒入，以免使大小顆粒裝填不均，最終造成氣體偏流，影響使用效果。裝填結束，開車前應先吹空，吹出活性炭表面粘附粉塵，避免開車后粉塵帶入后工段而影響正常生產。 

    7、安全需知： 濕的活性炭需要從空氣中除去氧，在安全密閉的容器內氧的消耗會造成有毒的環境，假如工人進到含有活性炭的容器內適當取樣或低含氧空間作業，應遵守國家相關標準及作業規范。

十五、活性炭再生