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【背景及概述】[1][2]
活性炭是一種黑色粉狀，粒狀或丸狀的無定形具有多孔的碳，也具有石墨那樣的精細(xì)結(jié)構(gòu)，只是晶粒較小，層層間不規(guī)則堆積。
活性炭具有較大的表面積(500～1000m2/g)，有很強(qiáng)的吸附性能，能在它的表面上吸附氣體、液體或膠態(tài)固體；對(duì)于氣體、液體，吸附物質(zhì)的質(zhì)量可接近于活性炭本身的質(zhì)量。其吸附作用具有選擇性，非極性物質(zhì)比極性物質(zhì)更易于吸附。在同一系列物質(zhì)中，沸點(diǎn)越高的物質(zhì)越容易被吸附，壓強(qiáng)越大溫度越低濃度越大，吸附量越大。反之，減壓，升溫有利于氣體的解吸。常用于氣體的吸附、分離和提純，溶劑的回收，糖液、油脂、甘油、藥物的脫色劑，飲用水及冰箱的除臭劑，防毒面具中的濾毒劑，還可用作催化劑或金屬鹽催化劑的載體。可用木材、泥炭、堅(jiān)果殼等為原料，經(jīng)干餾、活化處理后得到活性碳。[1]
在化學(xué)選礦中，離子交換吸附法凈化浸出液或浸出礦漿時(shí)常用的一種吸附劑。它是由固態(tài)碳質(zhì)物(如煤、木料、硬果殼、果核、樹脂等)在隔絕空氣條件下經(jīng)600～900℃高溫炭化，然后在400～900℃條件下用空氣、二氧化碳、水蒸氣或三者的混合氣體進(jìn)行氧化活化后獲得的。炭化使碳以外的物質(zhì)揮發(fā)，氧化活化可進(jìn)一步去掉殘留的揮發(fā)物質(zhì)，產(chǎn)生新的和擴(kuò)大原有的孔隙，改善微孔結(jié)構(gòu)，增加活性。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(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)長(zhǎng)-炭。
活性炭的吸附性能與氧化活化時(shí)氣體的化學(xué)性質(zhì)及其濃度、活化溫度、活化程度、活性炭中無機(jī)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。活性炭的含炭量、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。活化溫度愈高，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(dá)，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。活性炭中的灰分主要由K2O、Na2O、CaO、MgO、Fe2O3、Al2O3、P2O5、SO3、Cl-等組成。灰分組成及其含量對(duì)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(duì)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(duì)堿有較強(qiáng)的吸附能力；使蒸餾水的pH值上升的活性炭對(duì)酸有較強(qiáng)的吸附能力。活性炭的機(jī)械強(qiáng)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(shí)，其機(jī)械強(qiáng)度將顯著增大。活性炭除廣泛用于廢水凈化和分析化學(xué)等領(lǐng)域外，在化學(xué)選礦工藝中主要用于提取金銀。[2]
【活性炭的應(yīng)用】[3]
1.在環(huán)境保護(hù)中的應(yīng)用
大氣、水資源和土壤污染對(duì)人類健康、 陸地動(dòng)植物產(chǎn)生嚴(yán)重危害，已引起當(dāng)今社會(huì)的廣泛關(guān)注。活性炭對(duì)氣體污染物、金屬離子及苯、苯酚和甲苯等有機(jī)化合物具有較強(qiáng)的吸附能力，是一種公認(rèn)可再生的吸附材料。在水污染如此嚴(yán)重的今天，活性炭能有效地去除水中大多數(shù)有機(jī)污染物、重金屬、臭味及色度，在污水凈化領(lǐng)域具有重要的科學(xué)意義和巨大的應(yīng)用前景。活性炭是一種多孔性物質(zhì)， 憑借其微孔吸附不僅可以吸附脫色除嗅，還可以有效地吸附一些殺蟲劑， 去除水中的致突變物質(zhì)，因而，在水污染治理方面引起各國(guó)科研學(xué)者及環(huán)保工作人士的廣泛關(guān)注。目前，活性炭纖維作為一種水處理材料，已經(jīng)成為常規(guī)凈化水最成熟有效的方法之一，可用于水質(zhì)凈化、廢水處理、重金屬回收等方面。活性炭還可作為酸性土壤改良劑。
2.在臨床醫(yī)療中的應(yīng)用
目前，活性炭在臨床領(lǐng)域的應(yīng)用主要包括：口服緊急解毒藥用活性炭、 血液凈化用活性炭以及癌癥治療用活性炭。活性炭作為口服緊急解毒藥的應(yīng)用研究取得了重要進(jìn)展。在中國(guó)香港，活性炭已成為中毒患者急診治療的首選。在俄羅斯， 已經(jīng)允許給兒童服用活性炭用于腹瀉、中毒等的臨床治療。血液凈化是活性炭作為吸附劑之一在醫(yī)學(xué)上的典型應(yīng)用，國(guó)內(nèi)外近些年來對(duì)活性炭的成形技術(shù)、 使用方式和專業(yè)吸附性能進(jìn)行了研究，并取得了較快的進(jìn)展，陸續(xù)出現(xiàn)了各種親水凝膠、高分子材料包膜的活性炭、含碳纖維、炭膜以及碳纖維織物等各種形式的醫(yī)用活性炭吸附劑。在美國(guó)，活性炭已輔助進(jìn)行惡性腫瘤的手術(shù)和介入治療。活性炭具有優(yōu)越的淋巴趨向性和吸附性能，能夠吸附抗癌藥物，具有功能性緩釋特性。活性炭吸附抗癌藥物制劑一方面能夠定向分布于淋巴結(jié)，并長(zhǎng)時(shí)間維持較高濃度；另一方面，活性炭在移行到淋巴結(jié)的同時(shí)能夠?qū)⒘馨徒Y(jié)黑染， 從而指導(dǎo)淋巴結(jié)清除手術(shù)，徹底清除轉(zhuǎn)移淋巴，其臨床應(yīng)用前景日益廣闊。
3.在催化領(lǐng)域的應(yīng)用
活性炭本身具有催化活性，可單獨(dú)用作催化劑。如氯氣與一氧化碳在活性炭催化下生成光氣，氯氣與二氧化硫生成硫酞氯，又如二氧化硫在活性炭催化下生成三氧化硫，次氯酸和次氯酸化合物的分解等。活性炭作為催化劑載體也被廣泛應(yīng)用。如活性炭載附醋酸鋅作為乙炔和醋酸合成醋酸乙烯酯單體的催化劑，載鉑和把的活性炭可用于加氫、脫氫、芳構(gòu)化、環(huán)化和異構(gòu)化的催化劑，活性炭也可作低壓氯乙烯生產(chǎn)中的催化劑載體等。
【主要參考資料】
[1]中學(xué)教師實(shí)用化學(xué)辭典
[2]中國(guó)冶金百科全書·選礦
[3]劉銘軒.活性炭研究進(jìn)展及展望[J].內(nèi)蒙古石油化工,2017,43(03):35-36.