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煤質(zhì)柱狀活性炭管理水平@北京煤質(zhì)柱狀活性炭行業(yè)論壇

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一、煤質(zhì)柱狀活性炭的性能檢驗一般煤質(zhì)柱狀活性炭的性能檢測分為物理性能檢驗、吸附性能檢驗和化學(xué)性能檢驗等。
1、煤質(zhì)柱狀活性炭的物理性能檢驗一般將煤質(zhì)柱狀活性炭的水分含量、灰分含量、強度（有時指機械耐磨強度，有時指抗碎裂強度）、粒度分布、表觀密度（或稱裝填密度）、漂浮率、著火點、揮發(fā)物含量等項目歸于物理性能檢驗范疇，當(dāng)將煤質(zhì)柱狀活性炭的“化學(xué)性質(zhì)”認(rèn)為是“化學(xué)純度”時（這種傾向多存在于煤質(zhì)柱狀活性炭的應(yīng)用行業(yè)中），有時將其中的灰分含量和揮發(fā)物含量歸屬于煤質(zhì)柱狀活性炭的化學(xué)性質(zhì)檢測范疇。
   煤質(zhì)柱狀活性炭的應(yīng)用目的的不同，對物理性能的要求會有所不同（這種不同不僅指性能指標(biāo)，還包括項目的數(shù)量），例如用于水處理的顆粒煤質(zhì)柱狀活性炭一般要求測試漂浮率、水分、強度、灰分、裝填密度、粒度分布等項目，當(dāng)用戶采用粉狀煤質(zhì)柱狀活性炭時，一般不測試強度和漂浮率；當(dāng)煤質(zhì)柱狀活性炭用于溶劑回收用途時，一般需檢測著火點、水分，強度、裝填密度和粒度分布。
（1）、強度：強度是煤質(zhì)柱狀活性炭重要的物理性能測試指標(biāo)，其測試原理是將煤質(zhì)柱狀活性炭樣放在一個裝有一定數(shù)量不銹鋼球的專業(yè)盤中，進行時旋轉(zhuǎn)和擊打組合運動，運動中煤質(zhì)柱狀活性炭骨架和表層同時受到破壞，測定被破壞煤質(zhì)柱狀活性炭粒度變化情況，用保留在強度試驗篩上的顆粒部分所占煤質(zhì)柱狀活性炭樣品的百分?jǐn)?shù)作為煤質(zhì)柱狀活性炭的強度，一般煤質(zhì)柱狀活性炭強度測試有設(shè)備，各種標(biāo)準(zhǔn)中都有專門的規(guī)定。
煤質(zhì)柱狀活性炭強度指標(biāo)是煤質(zhì)柱狀活性炭經(jīng)常測試的物理指標(biāo)，用來衡量煤質(zhì)柱狀活性炭質(zhì)量的總要指標(biāo)，在煤質(zhì)柱狀活性炭生產(chǎn)、貿(mào)易和科研中廣泛應(yīng)用，是各種顆粒煤質(zhì)柱狀活性炭產(chǎn)品必測的指標(biāo)。
（2）、裝填密度：煤質(zhì)柱狀活性炭裝填密度測試方法是煤質(zhì)柱狀活性炭經(jīng)震動落入量筒中，100ML煤質(zhì)柱狀活性炭的質(zhì)量，計算裝填密度。
    裝填密度測試方法比較簡單，但裝填密度高低與煤質(zhì)柱狀活性炭吸附性能、強度等指標(biāo)有密切關(guān)系，一般對用同一種原料和工藝生產(chǎn)的煤質(zhì)柱狀活性炭產(chǎn)品，其裝填密度越高，其吸附性能越差，強度越高，裝填密度指標(biāo)在煤質(zhì)柱狀活性炭生產(chǎn)、貿(mào)易和科研中廣泛應(yīng)用，是zui常用的檢測指標(biāo)之一。
    （3）、漂浮率：一般液相凈化用和水處理用煤質(zhì)柱狀活性炭均檢測此指標(biāo)，漂浮率越低表示煤質(zhì)柱狀活性炭質(zhì)量越好，我國大同地區(qū)生產(chǎn)的部分煤質(zhì)柱狀活性炭產(chǎn)品漂浮率指標(biāo)較高，為了降低漂浮率，需對煤質(zhì)柱狀活性炭進行風(fēng)選或水洗處理，以滿足用戶對煤質(zhì)柱狀活性炭漂浮率指標(biāo)的要求。
2、煤質(zhì)柱狀活性炭的吸附性能檢測一般包括水容量、亞甲基藍吸附值、碘值、*吸附值、*吸附值、飽和硫容量、穿透硫容量、*脫附率、防護時間（對苯蒸氣、氯乙烷的防護時間）的測定等項目，后兩者用于對化學(xué)防護用煤質(zhì)柱狀活性炭或其催化劑、吸附劑的有效的有效防護性能的評價。
（1）、碘值：碘值是表征煤質(zhì)柱狀活性炭吸附性能的一個指標(biāo)，一般認(rèn)為其數(shù)值高低與煤質(zhì)柱狀活性炭中微孔的多少有很好的關(guān)聯(lián)性。其測試原理是稱取一定量的煤質(zhì)柱狀活性炭樣與配置好已知濃度的碘溶液充分振蕩混合吸附后，用滴定法測定溶液中殘留碘值，計算出每克煤質(zhì)柱狀活性炭樣吸附碘的毫克數(shù)。
    碘值指標(biāo)是測定煤質(zhì)柱狀活性炭吸附能zui常用的指標(biāo)，具有測試儀器簡單、快速、易操作等特點，是應(yīng)用zui廣的煤質(zhì)柱狀活性炭吸附能測試方法，在煤質(zhì)柱狀活性炭生產(chǎn)、科研中廣泛應(yīng)用，我國各種煤質(zhì)柱狀活性炭一般均用此指標(biāo)表征煤質(zhì)柱狀活性炭的吸附性能；但碘值的測試結(jié)果和采用的測試方法有關(guān)，中國方法、美國方法和日本方法的碘值測試方法略有不同，測試結(jié)果也有差異，因此在報告碘值測試結(jié)果時，應(yīng)標(biāo)注采用的檢測方法。
（2）、亞甲基藍：亞甲基藍也是表征煤質(zhì)柱狀活性炭吸附性能的一個指標(biāo)，由于其分子直徑較大，一般認(rèn)為其主要吸附在孔徑較大的孔內(nèi)，其數(shù)值的高低主要表征煤質(zhì)柱狀活性炭中孔數(shù)量的多少。其測試原理是稱取一定量的煤質(zhì)柱狀活性炭樣與已知濃度的亞甲基藍溶液充分混合吸收，利用分光光度計測試亞甲基藍溶液濃度變化，計算出每克煤質(zhì)柱狀活性炭樣吸附亞甲基藍的毫克數(shù)。
     亞甲基藍吸附指標(biāo)是測定煤質(zhì)柱狀活性炭吸附能的常用指標(biāo)，主要表示煤質(zhì)柱狀活性炭液相吸附的能力，具有測試儀器簡單、快速、易操作等特點，是應(yīng)用zui廣的煤質(zhì)柱狀活性炭吸附能測試方法，在煤質(zhì)柱狀活性炭生產(chǎn)、科研中廣泛應(yīng)用，我國水處理用煤質(zhì)柱狀活性炭一般均用此指標(biāo)表征煤質(zhì)柱狀活性炭的吸附性能，在美國煤質(zhì)柱狀活性炭檢測方法中沒有亞甲基藍檢測指標(biāo)，在日本煤質(zhì)柱狀活性炭檢測方法中有亞甲基藍檢測指標(biāo)，但與中國的檢測方法略有不同，使用此檢測指標(biāo)時應(yīng)注意。
（3）*吸附率：在一定的溫度條件下將含有一定*蒸氣濃度的混合空氣流連續(xù)不斷的通過煤質(zhì)柱狀活性炭床層，通過60min后對煤質(zhì)柱狀活性炭進行稱量，以后每隔15min稱量一次，直至煤質(zhì)柱狀活性炭吸附飽和，煤質(zhì)柱狀活性炭吸附飽和是吸附的*質(zhì)量與煤質(zhì)柱狀活性炭樣質(zhì)量的百分比作為*吸附率。
     *吸附指標(biāo)是測定煤質(zhì)柱狀活性炭吸附能的常用指標(biāo)，主要表示煤質(zhì)柱狀活性炭氣相吸附的能力，具有測試儀器簡單、快速、易操作等特點，是應(yīng)用zui廣的煤質(zhì)柱狀活性炭吸附性能測試方法之一，在煤質(zhì)柱狀活性炭生產(chǎn)、科研中廣泛應(yīng)用，我國氣相用煤質(zhì)柱狀活性炭一般均用此指標(biāo)表征煤質(zhì)柱狀活性炭的吸附性能。
3、煤質(zhì)柱狀活性炭化學(xué)性能檢測煤質(zhì)柱狀活性炭的化學(xué)性質(zhì)包括元素組成（含工業(yè)分析、元素分析和有害雜質(zhì)分析三個范疇）表面氧化物（官能團）性質(zhì)，澤塔電位（等電點、PH值等）等。
     在現(xiàn)行煤質(zhì)柱狀活性炭檢測方法中，僅有灰分和PH值得測定能勉強歸入化學(xué)性質(zhì)分析范疇，美國煤質(zhì)柱狀活性炭標(biāo)準(zhǔn)中，有PH值、總灰分、水溶物、揮發(fā)物含量共四項為化學(xué)性質(zhì)分析項目，在煤質(zhì)柱狀活性炭化學(xué)性質(zhì)方面規(guī)定zui嚴(yán)密的，當(dāng)屬于日本的煤質(zhì)柱狀活性炭檢測標(biāo)準(zhǔn)，不僅規(guī)定了灼燒殘分相當(dāng)于總灰分、PH值等項目，還規(guī)定了氯化物、鐵、鋅、鎘、鉛、砷含量檢測項目。
      除灰分、PH值。水溶物三項外，目前國內(nèi)部分煤質(zhì)柱狀活性炭企業(yè)進行的煤質(zhì)柱狀活性炭化學(xué)性質(zhì)分析檢驗項目包括：水溶物含量、水溶灰含量、酸溶鐵、水溶鐵、重金屬溶出量、微量元素含量、微量元素溶出量、半脫氯值、ABS值、糖蜜值等、以滿足我國煤質(zhì)柱狀活性炭產(chǎn)品出口的要求。
     綜上所述，在我國煤質(zhì)柱狀活性炭檢驗國家標(biāo)準(zhǔn)中，物理性能檢測較為完備；吸附性能檢測項目數(shù)量雖然多于美國和日本標(biāo)準(zhǔn)，但在與應(yīng)用結(jié)合程度方面遠遜于美國，化學(xué)性質(zhì)檢驗比較少。
二、煤質(zhì)柱狀活性炭微觀結(jié)構(gòu)的檢驗
    煤質(zhì)柱狀活性炭的微觀結(jié)構(gòu)表征包括比表面積，孔容積（分微孔容積、中孔容積、大孔容積等，有時更細(xì)分為細(xì)微孔、此微孔、細(xì)中孔、粗中孔等）平均空隙直徑、zui可幾直徑等。
    我國的國家標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了孔容積和比表面積的測定方法，美國和日本標(biāo)準(zhǔn)中則沒有對應(yīng)得規(guī)定。迄今為止，世界各國都未能拿出一套可用于表征煤質(zhì)柱狀活性炭微觀結(jié)構(gòu)的、能令大多數(shù)人信服的標(biāo)準(zhǔn)試驗方法。
    目前大多采用全自動吸附儀，采用液氮靜態(tài)吸附方法來表征煤質(zhì)柱狀活性炭的微觀結(jié)構(gòu)，但由于選用的儀器及數(shù)據(jù)處理方法的差異，檢測結(jié)果差距較大，一般誤差在10左右。
    1、比表面積：比表面及孔結(jié)構(gòu)在比表面開始測試前對煤質(zhì)柱狀活性炭進行加熱真空脫附處理，在—196℃液氮溫度下吸附氮氣，測試氮氣吸附等溫線，利用BET方程，根據(jù)單分子層吸附量和吸附質(zhì)分子截面積，計算煤質(zhì)柱狀活性炭的比表面積；由相對壓力為0.98時的氮吸附值換算成液氮體積得到總孔體積，由Dubimin-Astakhov計算微孔表面積和微孔體積，由總孔體積減去微孔體積得到中孔體積，由H-K（Horvath-Kawazoe）模型及密度函數(shù)理論（Dengsityfunctionaltheory）計算平均孔徑及其分布。
     比表面積是表征煤質(zhì)柱狀活性炭吸附性能的主要指標(biāo)，這一指標(biāo)解釋了煤質(zhì)柱狀活性炭產(chǎn)生吸附的原因，是人們加深了對吸附現(xiàn)象本質(zhì)的認(rèn)識，在煤質(zhì)柱狀活性炭及吸附材料的研究中，這種檢測指標(biāo)應(yīng)用得較多，但由于檢測儀器設(shè)備比較復(fù)雜，而且價格昂貴，因此在煤質(zhì)柱狀活性炭生產(chǎn)中應(yīng)用的比較少。
2、孔容積：孔容積通過測定顆粒煤質(zhì)柱狀活性炭的真密度、顆粒密度來計算孔容積。其測定方法有真密度法、汞置換法和氮吸附法等，各種方法測定的孔容略有不同，在報出測試結(jié)果時應(yīng)標(biāo)注檢測方法。
   孔容積也是表征煤質(zhì)柱狀活性炭吸附性能的重要指標(biāo)，經(jīng)常使用的孔容積測試方法有氮吸附法，一般在測試比表面時可同時計算出孔容積，孔容積和煤質(zhì)柱狀活性炭裝填密度密切相關(guān)，和裝填密度指標(biāo)成反比。
三、煤質(zhì)柱狀活性炭應(yīng)用模擬評價檢驗

     世界上主要國家的煤質(zhì)柱狀活性炭標(biāo)準(zhǔn)檢驗方法中，只有美國和一些煤質(zhì)柱狀活性炭大公司的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了煤質(zhì)柱狀活性炭氣相和液相應(yīng)用的原則性、指導(dǎo)性測定方法，這些檢測標(biāo)準(zhǔn)雖然大大擴展了可檢測的吸附質(zhì)數(shù)量，也對應(yīng)用領(lǐng)域選用煤質(zhì)柱狀活性炭品種有幫助，但由于這些方法僅對單組分吸附質(zhì)適用，而在煤質(zhì)柱狀活性炭應(yīng)用實踐中，吸附質(zhì)幾乎沒有單獨存在的可能性，煤質(zhì)柱狀活性炭總是會面對多種物質(zhì)組成的混合物，這些物質(zhì)在煤質(zhì)柱狀活性炭上不可避免的發(fā)生競爭吸附，競爭吸附的發(fā)生必然導(dǎo)致目標(biāo)吸附質(zhì)的吸附量的改變，從而導(dǎo)致實際應(yīng)用效果偏離實驗室檢驗結(jié)果，有時這種偏離會非常嚴(yán)重。
    為了準(zhǔn)確評價煤質(zhì)柱狀活性炭在實際應(yīng)用中的使用效果，需進行實驗室模擬吸附試驗，這種模擬大多采用動態(tài)試驗方法來進行。對于液相模擬吸附試驗，一般采用吸附柱方法，使用待處理工作態(tài)原液，有時根據(jù)相液中已知的主要成分進行配液，選擇不同的工藝條件進行試驗，然后進數(shù)據(jù)處理得到*工藝條件，用于指導(dǎo)煤質(zhì)柱狀活性炭的實際應(yīng)用。
   對于氣相模擬吸附試驗，情況較為復(fù)雜。當(dāng)采用動態(tài)模擬實驗時，多采取配氣法模擬實際氣體，選用合適的吸附管（亦可視為更小型一些的吸附柱），調(diào)整試驗條件以獲取不同工業(yè)條件下的吸附穿透曲線等，進而指導(dǎo)煤質(zhì)柱狀活性炭吸附裝置的設(shè)計和運用條件的選擇，當(dāng)采用靜態(tài)模擬實驗時，采用向已加入煤質(zhì)柱狀活性炭的定容積吸附器中加注被吸附氣體的方法進行試驗。靜態(tài)模擬法實驗結(jié)果的準(zhǔn)確性不如動態(tài)法。
   一般煤質(zhì)柱狀活性炭的應(yīng)用單位為了準(zhǔn)確的選用煤質(zhì)柱狀活性炭產(chǎn)品或設(shè)計煤質(zhì)柱狀活性炭應(yīng)用裝置，均根據(jù)自己的需要建立煤質(zhì)柱狀活性炭應(yīng)用評價裝置，對煤質(zhì)柱狀活性炭的應(yīng)用性能進行評價實驗，以獲取準(zhǔn)確的工藝參數(shù)指導(dǎo)煤質(zhì)柱狀活性炭的應(yīng)用或裝置的設(shè)計。

關(guān)鍵詞：活性炭催化劑吸附劑分光光度計