活性炭

活性炭是一种经特殊处理的炭，将有机原料（果壳、煤、木材等）在隔绝空气的条件下加热，以减少非碳成分（此过程称为炭化），然后与气体反应，表面被侵蚀，产生微孔发达的结构 （此过程称为活化）。

由于活化的过程是一个微观过程，即大量的分子碳化物表面侵蚀是点状侵蚀，所以造成了活性炭表面具有无数细小孔隙。活性炭表面的微孔直径大多在2～50nm之间，即使是少量的活性炭，也有巨大的表面积，每克活性炭的表面积为500~1500m2，活性炭的一切应用，几乎都基于活性炭的这一特点。

活性炭是由木质、煤质和石油焦等含碳的原料经热解、活化加工制备而成，具有发达的孔隙结构、较大的比表面积和丰富的表面化学基团，特异性吸附能力较强的炭材料的统称。

通常为粉状或粒状具有很强吸附能力的多孔无定形炭。由固态碳质物（如煤、木料、硬果壳、果核、树脂等）

在隔绝空气条件下经600～900℃高温炭化，然后在400～900℃条件下用空气、二氧化碳、

水蒸气或三者的混合气体进行氧化活化后获得。 

炭化使碳以外的物质挥发，氧化活化可进一步去掉残留的挥发物质，产生新的和扩大原有的孔隙，

改善微孔结构，增加活性。低温（400℃）活化的炭称L-炭，高温（900℃）活化的炭称H-炭。

H-炭必须在惰性气氛中冷却，否则会转变为L-炭。活性炭的吸附性能与氧化活化时气体的化学性质及其浓度、

活化温度、活化程度、活性炭中无机物组成及其含量等因素有关，主要取决于活化气体性质及活化温度。

活性炭的含炭量、比表面积、灰分含量及其水悬浮液的pH值皆随活化温度的提高而增大。活化温度愈高，

残留的挥发物质挥发愈完全，微孔结构愈发达，比表面积和吸附活性愈大。

活性炭中的灰分组成及其含量对炭的吸附活性有很大影响。灰分主要由K2O、Na2O、CaO、MgO、Fe2O3、

Al2O3、P2O5、SO3、Cl-等组成，灰分含量与制取活性炭的原料有关，而且，随炭中挥发物的去除，炭中的灰分含量增大。

截止2007年，世界活性炭年产量达900kt，其中煤基(质)活性炭占总产量的2/3以上；而中国年产量已突破400kt，

居世界首位，美国、日本等也是世界主要的活性炭产出国。

应用领域

（1）处理含油污水

吸附法进行油水分离是利用亲油性材料，吸附废水中的溶解油及其它溶解性有机物。

最常用的吸油材料是活性炭，可吸附废水中的分散油、乳化油和溶解油。由于活性炭对油的吸附容量有限

（一般为30～80mg/g)），成本高，再生困难，通常只用作含油废水多级处理的最后一级处理，

出水含油质量浓度可降至0.1～0.2mg/L 。

由于活性炭对水的预处理要求高，而且活性炭的价格昂贵，因此在废水处理中，

活性炭主要用来去除废水中的微量污染物，以达到深度净化的目的。 炼油厂含油废水，先经隔油、

气浮和生物处理，再经砂滤和活性炭过滤深度处理。废水的含酚量从0.1 mg/L（经生物处理后）降至0.005mg/L，

含氰量从0.19mg/L降至0.048mg/L，COD从85mg/L 降至18mg/L。

（2）处理染料废水

染料废水成分复杂、水质变化大、色度深、浓度大，处理困难。处理方法主要有氧化、吸附、膜分离、

絮凝、生物降解等。这些方法各有优缺点，其中活性炭能有效地去除废水的色度和COD。

活性炭处理染料废水在国内外都有研究，但大多数是和其它工艺耦合，活性炭吸附多用于深度处理或将活性炭作为载体和催化剂，

单独使用活性炭处理较高浓度染料废水的研究很少。

活性炭对染料废水有良好的脱色效果。染料废水的脱色率随温度的升高而增加，

而pH值对染料废水的脱色效果没有太大的影响。在最佳吸附工艺条件下，酸性品红、

碱性品红废水的脱色率均>97%，出水的色度稀释倍数≤50倍，COD<50mg/L，达到国家一级排放标准。

（3）处理含汞废水

重金属污染物中以汞的毒性最大，当汞进入人体内，就会破坏酶和其它蛋白质的功能并影响其重新合成。

活性炭有吸附汞和含汞化合物的性能，但吸附能力有限，只适宜于处理含汞量低的废水。如果含汞的浓度较高，

可以先用化学沉淀法处理，处理后含汞约1mg/L，高时可达2~3mg/L，然后再用活性炭做进一步的处理。

（4）处理含铬废水

活性炭表面存在大量的含氧基团如羟基（-OH）、羧基（-COOH）等，它们都有静电吸附功能，

利用活性炭处理含铬废水是活性炭对溶液中六价铬的物理吸附、化学吸附、化学还原等综合作用的结果。

活性炭处理含铬废水，吸附性能稳定，处理效率高，操作费用低，有一定的社会效益和经济效益。

因此，用活性炭处理含铬废水已得到广泛应用。对六价铬产生化学吸附作用，能有效地吸附废水中的六价铬，

吸附后的废水可达到国家排放标准。

（5）催化和负载催化剂

石墨化炭和无定型炭是活性炭晶型的组成部分，因为具有不饱和键，所以表现出类似结晶缺陷的功能。

活性炭因为结晶缺陷的存在而被作为催化剂广泛应用，同时，因为其具有大的比表面积及多孔结构，

活性炭还被广泛用作催化剂载体。 [8] 

采用γ射线处理商品活性炭，此过程可以在不影响活性炭物理性质的条件下改变活性炭表面化学特性。

通过紫外线辐射和模拟太阳光辐射研究了光催化中活性炭表面化学所发挥的作用。结果表明，

无论是紫外线还是模拟太阳光辐射，活性炭都可以发挥光催化作用。

通过测定紫外线/活性炭和模拟太阳光/活性炭体系中羟基自由基和超氧阴离子自由基表明，

由活性炭充当光催化剂和光诱导反应物可以有效消除杂质对反应的影响，

体系中羟基自由基和超氧阴离子自由基的获得远高于单纯采用光辐射。

这为发展自由基化学和寻找新的自由基反应提供了新的可能。

活性污泥因为成分复杂，导致其厌氧腐化过程缓慢。有学者将粒状活性炭用于活性污泥的厌氧腐化，使活性污泥腐化过程中甲烷产率提高了17.4%，同时使活性污泥腐化率提高了6.1%。

另外在活性炭表面引入-SO3H，对合成甲基叔戊基醚过程有催化作用，该催化剂制备方便，

催化活性高且不易分解，体现出改性活性炭催化剂的巨大应用潜能。

有研究表明采用粒状活性炭负载臭氧体系使腐殖酸的催化氧化率达到48.1%，

为腐殖酸的降解提供了新的途径。通过活性炭负载氧化铝作为改性活性炭糊电极用于苯酚的电催化氧化研究，

表现出了较好的稳定性和可重复使用性，同时具有相对较低的检出限和较宽的检测范围。

（6）临床医用

活性炭由于其良好的吸附性能，可用于急性临床胃肠解毒急救，其具有不被胃肠道吸收且无刺激性、

可以直接口服、简单便利等优点；同时，活性炭也被用于血液净化和癌症治疗等。结肠直肠癌是常见的恶性肿瘤。

研究表明，以纳米活性炭作示踪剂可以有效增加结肠直肠癌患者淋巴结检测次数。活性炭纤维具有两种特性：

一是吸附性能；二是远红外放射性能。将银吸附在活性炭纤维上，用于治疗慢性创面患者，

在接受治疗的数月内伤口没有任何不良反应。有学者以椰壳活性炭为载体负载加替沙星，结果表明，

其对加替沙星负载能力较好，可以用作加替沙星的缓释载体。对选用扑热息疼和布洛芬作为模型药物，

采用活性炭作为药物载体的研究表明，活性炭颗粒表现出非常低的细胞毒性，

该研究为活性炭作为无定型药物载体提供了支持。

有学者单纯利用每日两次直肠局部注入高活性粒状活性炭来治疗简单的慢性肛瘘，结果表明，这种治疗方法效果良好、安全性高，并且相较于其它治疗方法，病人更容易接受，为慢性肛瘘的治愈提供了新的策略。