| 活性炭的性能检验方法 |
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活性炭的性能检验方法 |
| 为了控制活性炭的质量和指导活性炭的生产应用，根据活性炭的品种和用途建立了许多种活性炭的检测方法，主要包括活性炭的性能检验、微观结构检验和应用模拟评价检验等。 |
| 1.活性炭的性能检验 |
| 活性炭的性能检验分为物理性能检验、吸附性能检验和化学性能检验等。 |
| 物理性能检验指标活性炭的物理性能检验指标主要包括水分含量、灰分含量、强度、表观密度、粒度分布、着火点、漂浮率、挥发物含量等，其物理检验指标有强度、表观密度（装填密度）等。活性炭的应用目的不同，对物理性能的要求也不同，如对用于水处理的颗粒活性炭，一般要求测试其强度、灰分、水分、粒度分布等项目，而采用粉末活性炭时，一般可不测试强度和漂浮率；当活性炭用于溶剂回收用途时，需检测着火点、水分、强度、表观密度、粒度分布等。 |
①强度。指活性炭的机械耐磨强度或抗碎裂强度，其测试方法为将活性炭放在一个装有一定数量不锈钢球的专用盘中，进行定时旋转和定时击打组合运动，运动中活性炭骨架和表层同时受到破坏，测定被破坏活性炭的粒度变化情况，用保留在强度试验筛上的颗粒部分所占活性炭样品的百分数作为活性炭的强度。活性炭强度指标是活性炭经常测试的重要物理指标，在活性炭的生产和应用中，是各种颗粒状活性炭产品必测的指标。
②表观密度。是指材料在自然状态下单位体积所具有的质量，自然状态下的体积是指材料的实体积与材料内所含全部孔隙体积之和。测试方法是将活性炭振荡后落入量筒中，称取lOOmL活性炭的质量，计算表观密度。表观密度的高低与活性炭的吸附性能、强度等指标有密切的关系，一般对同一种原料和工艺生产的活性炭产品，其表观密度越高，吸附性能越差，强度越高，表观密度在活性炭生产和应用中是最常用的检测指标之一。
③漂浮率。主要是测试活性炭在液相或水中的漂浮性能，其测试方法是将烘干的活性炭样品放在盛有一定水的容器内浸渍，经搅拌静置后，将漂浮在水面上的活性炭取出，烘干、称重，计算出漂浮率。漂浮率越低表示活性炭质量越好，为了降低漂浮率，需对活性炭进行风选或水洗处理，一般水净化处理用活性炭均检测此指标。 |
| 吸附性能检验指标活性炭的吸附性能检验指标主要包括水容量、碘值、亚甲基蓝 吸附值、苯酚吸附值、四氯化碳吸附率、四氯化碳脱附率、饱和硫容量、穿透硫容量等。 |
①捵值。碘值是活性炭孔隙结构的相对指标值，主要反映微孔的总表面积。其测试方法是称取一定量的活性炭样与配制好巳知浓度的碘溶液充分振荡混合吸附后，用滴定法测定 溶液中残留的碘值，计算出每克活性炭样吸附碘的毫克数。本测试方法具有简单、快速、易操作等特点，所以活性炭的碘值指标是衡量和评价活性炭吸附能力的重要且常用指标。
②亚甲基蓝吸附值。亚甲基蓝吸附值主要表征活性炭中直径1.6nm附近孔隙的发达程度，即中孔数量的多少，也可近似反映活性炭对大分子有机物的吸附能力。其测试方法是称 取一定量的活性炭样与配制好的已知浓度亚甲基蓝溶液充分振荡混合吸附，利用分光光度计测试亚甲基蓝溶液浓度的变化，计算出每克活性炭样吸附亚甲基蓝的毫克数。亚甲基蓝吸附指标是测定活性炭吸附性能的常用指标，我国水处理用活性炭一般均用此指标表征活性炭的吸附性能，在日本活性炭的检测方法中也有亚甲基蓝检测指标，但与我国的检测方法略有不
同。而在美国活性炭的检测方法中没有甲基蓝检测指标。
③四氯化碳吸附率。四氯化碳吸附指标是测定活性炭吸附性能的常用指标，主要表示活性炭气相吸附的能力。其测试方法是在一定温度条件下将含有一定浓度四氯化碳蒸气的混 合空气流连续不断地通过活性炭床层，通过60min后对活性炭进行称重，以后每隔15min称重一次，直至活性炭吸附饱和，活性炭吸附饱和时吸附的四氯化碳质量占活性炭样质量的 百分数作为四氯化碳吸附率。 |
| 化学性能检验指标活性炭的化学指标包括元素组成、表面氧化物（官能团）、Ze- ta电位的等电点、pH值等，元素组成包括元素分析、工业分析和有害杂质分析3个部分。 |
| 2.活性炭微观结构的检验 |
| 活性炭的微孔结构表征包括比表面积、孔容积、平均孔径等，孔容积又可分为微孔容积、中孔容积、大孔容积，更细会分为细微孔、次微孔、细中孔、粗中孔等。 |
| 我国的国家标准中规定了孔容积和比表面积的测定方法，美国和日本标准则没有对应的 规定，到目前为止，世界各国还未建立一套用于表征活性炭微观结构的、大家均认同的标准试验方法。目前大多采用全自动吸附仪、液氮静态吸附方法来表征活性炭的微观结构。 |
| 比表面积及孔结构首先对活性炭进行加热脱附处理，在一196°C液氮温度下吸附氮气，测试氮气吸附等温线，利用BET方程根据单分子层吸附量和吸附质分子截面积，计算活性炭样的比表面积；由相对压力为0.98时的氮吸附值换算成液氮体积得到总孔体积，由Dubimin-Astakhov计算微孔表面积和微孔体积，由总孔体积减去微孔体积得到中孔体积，由Horvath-Kawazoe模型及密度函数理论计算平均孔径及分布。 |
| 孔容积可通过测定颗粒活性炭的真密度、颗粒密度来计算孔容积。因此其测定方 法有真密度法、汞置换法和氮吸附法等，一般在测试比表面积时可同时计算出孔容积，孔容积和活性炭装填密度密切相关，和装填密度指标成反比。 |
| 3.活性炭应用模拟评价检验 |
| 目前各国活性炭的标准检验方法仅对单组分吸附质适用，而在实际应用中，吸附质几乎没有单独存在的可能性，均是以多种物质组成的混合物存在，以活性炭为吸附剂时，这些物质不可避免地发生竞争吸附，竞争吸附的发生必然导致目标吸附质吸附量的改变，从而导致使用效果偏离实验室检验结果，影响实际使用。 |
| 为了准确评价活性炭在实际使用中的效果，应进行实验室模拟吸附试验，这种模拟大多采用动态试验的方法来进行。对于液相模拟吸附试验，一般采用吸附柱的方法对待处理的工作态原液进行吸附试验，有时根据液相中已知的主要成分进行配液，选择不同的工艺条件进行试验，然后经数据处理得到最佳工艺条件，用于指导活性炭的实际应用。 |
| 对于气相模拟吸附试验，情况较为复杂。当采用静态模拟试验时，采用向已加人活性炭的定容积吸附器中加注被吸附气体的方法进行试验；当采用动态模拟实验时，多采取配气法模拟实际气体，选用合适的吸附管（小型吸附柱），调整试验条件以获得不同工艺条件下的 吸附穿透曲线等，进而指导活性炭吸附装置的设计和运行条件的选择。 |
