應用活性炭吸附法改善室內(nèi)空氣品質(zhì)的論文

　　論文作者：王勤禹 耿世彬
　　摘要：活性炭吸附材料對室內(nèi)氣態(tài)污染物具有優(yōu)秀的吸附性能,活性炭過濾器逐漸應用于民用建筑空調(diào)系統(tǒng)中。本文簡要介紹了活性炭的發(fā)展歷史、分類、結(jié)構(gòu)、性質(zhì),以及活性炭吸附室內(nèi)污染物的物理和化學作用機理；同時對活性炭所去除的污染物種類也作了簡要概括。
　　關鍵詞：活性炭 空氣品質(zhì) 物理吸附 化學吸附
　　1 室內(nèi)空氣品質(zhì)
　　隨著科學技術(shù)的飛速發(fā)展，人類在生活居室環(huán)境方面獲得了巨大的改善�？照{(diào)的廣泛使用給人們創(chuàng)造了一個以溫濕度為主的舒適性環(huán)境，但同時也帶來了室內(nèi)空氣品質(zhì)問題，尤其是無新風系統(tǒng)的空調(diào)房間，導致了“病態(tài)建筑綜合癥”、“建筑相關病”和多種化學物過敏癥�！安B(tài)建筑綜合癥”的常見癥狀主要有頭痛、神經(jīng)疲勞、皮膚干燥、鼻塞、流鼻涕、流淚、眼癢等等。“建筑相關病”是指由空氣中的某種成分直接引起的病癥，比較嚴重的有“軍團病”、“超敏性肺炎”等，有時甚至能帶來生命危險。
　　所謂室內(nèi)空氣品質(zhì)，一般是指在某個具體的環(huán)境內(nèi)，空氣中的某些要素對 人群工作、生活的適宜程度，是反映了人們的具體要求而形成的一種概念。
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　　使用活性炭作為一種吸附材料已具有悠久的歷史。早在古埃及時代，人類就會利用木炭來消除傷口散發(fā)的氣味；1773年，謝勒首次科學地證明了木炭對氣體具有吸附力；1808年，木炭被用到蔗糖業(yè)；第一次世界大戰(zhàn)期間，為了消除化學武器的威脅，活性炭防毒面具問世，這是活性炭第一次應用于空氣凈化領域；上個世紀六十年代，具有獨特化學結(jié)構(gòu)、物理結(jié)構(gòu)且吸附性能優(yōu)異的新型纖維狀活性炭材料研制成功。目前對吸附材料的研究集中于非均勻吸附劑的加工工藝、微觀特征、能量不均勻性及吸附性能等。
　　活性炭種類很多，因其原料、用途、性能、形狀不同，彼此間差別很大，分類的方法也很多。按外部形狀分類，可分為粉狀活性炭、顆�；钚蕴�、纖維活性炭。纖維活性炭是在碳纖維的基礎上研制和開發(fā)的新產(chǎn)品，在日本主要以有機化合物為原料，纖維活性炭的細度僅為頭發(fā)的1/3左右。我國已有用石油瀝青作原料研制出優(yōu)質(zhì)纖維狀活性炭的報道。從原料分類，可分為煤炭原料、植物原料、石油原料、塑料等。按用途分類，可分為氣相吸附、液相吸附、工業(yè)催化活性炭�？諝鈨艋饕脷庀辔�，要求微孔發(fā)達。
　　3 活性炭的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)
　　活性炭結(jié)構(gòu)比較復雜，既不象石墨、金剛石那樣碳原子按一定的格局排列，又不象一般含碳物質(zhì)那樣含有復雜且多樣的有機物，有著龐大的分子結(jié)構(gòu)。它有著自己的獨特結(jié)構(gòu)。它由排列成六角形的碳原子平面層組成，但是這些平面不是完全沿共同的垂直軸排列而是一層與一層的角位移雜亂而無規(guī)律，這種結(jié)構(gòu)叫“螺層狀結(jié)構(gòu)”。在活化過程中，基本微晶之間清除了各種含碳化合物和無序碳這樣便產(chǎn)生了空隙。所剩余的碳之間堆積相當疏松，但相互的聯(lián)結(jié)卻相當牢固。因此各微晶之間才有許多形狀不同，大小不等又有一定強度的空隙，按孔徑大小一般分為大孔、中孔和小孔。1972年國際精細應用化學聯(lián)合會原蘇聯(lián)學者杜賓寧依據(jù)活性炭的物理性能把三種空隙的分類作了具體的規(guī)定。活性炭90%的表面積都在微孔上，所以微孔是決定其吸附性能的重要因素。
　　表二 活性炭孔隙分類
　　孔型
　　聯(lián)合會規(guī)定的孔隙直徑（nm）
　　微孔
　　<2.0
　　中孔
　　2.0～50
　　大孔
　　>50
　　在活性炭的吸附過程中，這三種孔隙各有其特殊功能。對吸附來說，微孔是最重要的，它的比表面積可達幾百甚至上千㎡/g，孔容也比較大。微孔在很大程度上決定著活性炭的吸附能力。
　　活性炭的吸附特性不僅取決于它的孔隙結(jié)構(gòu)，而且取決于它的化學組成。由于基本微晶在活化時，一部分被燒掉，受到不完整石墨層的干擾改變了碳骨架電子云的排列，出現(xiàn)了不完全飽和價或成對電子直接影響著活性炭的吸附特性。另一影響活性炭吸附特性的是結(jié)構(gòu)中的雜原子。活性炭中的雜原子有兩種來源：一種是以化學結(jié)合的元素形成的，如氧和氫，這些元素一般來源于原材料，在炭化時不能完全分解遺留下來的，有的則是活化時，和活化劑進行化學反應結(jié)合在表面上的。另一種是灰分，這些灰分主要來源于活性炭的原材料，也有少數(shù)是生產(chǎn)過程帶入的�；曳质够钚蕴康奈⒕ЫY(jié)構(gòu)產(chǎn)生缺陷，氧被化學吸著于這些缺陷上，從而提高了活性炭對極性分子的吸附作用�；曳值拇嬖趯怏w吸附（如二氧化硫、水蒸氣、醋酸等）也有直接影響。
　　在活性炭中加入某些無機化合物（如alcl3、naoh、cuo等）可使活性炭改性，吸附性能發(fā)生了某些明顯的變化。對某些物質(zhì)的吸附也可產(chǎn)生奇特的效果。
　　氧和氫的存在對活性炭的吸附性能影響較大，它們以化學鍵與碳原子結(jié)合，是活性炭結(jié)構(gòu)的有機部分。它們是優(yōu)良活性炭的重要組分。按照固體表面多相理論，氧、氫和其他雜原子結(jié)合在微晶的邊緣和角上的碳原子上，因為這種碳原子不完全飽和，反應性較高。
　　在所有結(jié)合的元素中，氧比其他元素更引起人們的重視。因為氧對活性炭基本微晶的排列及大小有重大影響。這種表面結(jié)合的氧對水蒸氣和其他極性或可極化氣體的吸附能力有重大影響。
　　c—o表面化合物是多樣的。例如：c—o表面絡合物、 ……（未完，全文共6031字，當前僅顯示2118字，請閱讀下面提示信息。收藏《應用活性炭吸附法改善室內(nèi)空氣品質(zhì)的論文》）