活性炭的应用(三)
5.2 大气污染的防治
5.2.1 生活环境的空气净化
人们的日常生活,如居室、厨房、厕所以及公共场所,由于人们的生活活动,都会给自己的生活小环境的空气带来一定程度的污染。其污染物主要是少量的二氧化硫、硫化氢、一氧化碳、二氧化碳、氮氧化物、氨、居室装璜的挥发性溶剂、油烟及汗酸臭味等等。采用活性炭吸附过滤法最为合适,通常是用活性炭过滤和空调、换气设备联用的方法。建议开发吸附性能好、流体阻力小的活性炭制品嵌装在空调或换气设备(吸排油烟)的气体入口位置,可能会收到理想效果。如能加上定期更换的服务定会大受欢迎。
5.2.2 烟气脱硫
人们的社会经济活动离不开能源,能源的使用,特别是煤和石油的使用都造成硫的排放。很长时期以来全球的硫污染在困扰着人们。我国的70%的能源来自燃煤,硫已经成为我国大气污染的主要污染源,据国家有关部门的统计,我国绝大部分大中城市和近三分之一的国土都受到酸雨的危害,有个别城市酸雨的pH值为4。防治酸雨已成为我国环境保护的紧迫课题。要治理硫的污染有两条路可走,一是尽可能采用含硫低或不含硫的能源,二是烟气脱硫。烟气脱硫目前有3种技术路线:石灰乳中和;高压电场氧化和活性炭脱硫,其原理如
下:
Ca(OH)2+SO2CaSO3+H2O
2SO2+O2高压电场或活性炭2SO3
SO3+H2O H2SO4
2H2S+O2活性炭2S+2H2O
3种方法各有千秋,石灰乳中和法,具有上马快、易操作,但生成物为亚石膏,二次处理只能掺入做水泥,硫元素没有很好利用;高压电场法具有设备简单、硫利用好,这是近年来才研究成功的方法,所得稀硫酸加氨水中和生成硫酸铵作为肥料,但硫化氢脱除有一定困难;活性炭脱硫国内外均比较成熟,而且可以脱除SO2、H2S和有机硫。国外大型烟气脱硫(如电厂脱硫)和国内化肥厂的合成气脱硫大多采用活性炭脱硫工艺。有研究表明活性炭脱硫率与活性炭表面含氧基团有关,主要与“=C=O”(烯酮基)有关。此外,活性炭担载氧化铝、硫酸锰、水杨酸和胺基将提高烟气脱硫能力。
5.2.3 其它
前面已述及活性炭吸附可以回收溶剂和某些气体以及防止核工业中的放射性污染,此处不再另述。这里需要提及的是汽车污染,研究表明汽车已经成为城市空气的重要污染源之一,据测定汽车由于燃油挥发物造成的污染占汽车总污染的30%~40%,尾气排气污染占60%~70%。燃油挥发物和排气中的碳氢化合物在紫外线照射下会造成光烟雾污染。此外燃油的挥发既浪费了能源,也给司机和乘客带来了不愉快的气味。发达国家,如美、日、西欧各国早在70年代就用活性炭吸附的燃油蒸发控制装置(ELCD)解决了问题。我国近年来也正在进行这方面的研究开发。
6 活性炭在催化和其它方面的应用
6.1 活性炭作催化剂或催化剂载体
活性炭本身可以作为催化剂使用,例如光气制造、烃类的氯化、氧化脱氢、二氧化硫氧化、硫化氢的还原和一些聚合反应等等。活性炭作为催化剂载体早已为人们熟知,如活性炭-氯化汞作为制取氯乙烯催化剂;活性炭-醋酸锌作为醋酸乙烯合成催化剂。近来活性炭担载其它贵金属和稀土元素作为各种有关反应的催化剂的研究和开发十分活跃。例如活性炭载钯作为歧化和加氢或脱氢反应的催化剂等。
6.2 活性炭在电池和电能贮存方面的应用
碳材料早在19世纪初(1802年)就成为电池的电极材料。1930年就制成了活性炭电极电池。如活性炭-空气电池(锌-空气电池);燃料电池;钠-硫电池集电极都是用活性炭做成的。现在的镍-氢电池是一种能量密度较高的电池,用的是海绵镍作集电材料,理论上海绵镍的比表面积为101~2m2/g数量级,而活性炭比表面积为102~3m2/g数量级,可以设想用超细镍负载在活性炭上做成电极,电池的能量密度可能提高近一个数量级。关于电能的贮存——蓄电池也成了现代科技关注点之一。过去基本上采用铅酸蓄电池,它存在单位重量贮能密度小、充电时间长、污染环境等不足。用活性炭吸附电解质(可以是无机或有机电解质)为电极做成超大容量电容器,配合合理的放电电路设计,有可能为蓄电池带来革命性的变化。这种电容器是具有体积小、重量轻、单位重量(或体积)能量密度大、充电快、无污染等优越性能的真正的蓄电装置,从理论上说它只是充放电的电能仓库,其寿命理论上是很长很长的。
6.3 活性炭作为药品的应用
炭作为药品早在公元前1500年前古埃及人就已使用。我国古代也使用炭作为药品,“本草纲目”上就记载了;果壳煅炭,可以治疗痢疾和烂疮。在现代用矽碳银和粉状活性炭对人体外源性毒素(如食物中毒、农药等)和内源性毒素(如甘油三脂、肌肝、尿酸等)都有很好的吸附作用,活性炭被用作解毒剂和清肠剂。我国古代化学家葛洪曾说过:人要长寿在于清肠。近年来俄罗斯用活性炭作为人体受核辐射的解毒药和儿童的保健药物。我国也在类似方面展开了研究。我国还进行了活性炭担载治癌药物直接注射治疗肿瘤的研究,并取得了显著疗效。可以预期活性炭直接作为治疗药物将取得越来越多的成果。
6.4 活性炭在农业方面的应用
国内外都曾进行了活性炭改良土壤,活性炭和农药、肥料混合施用以提高地温,增加土地水容量,改善透气性,使农药和肥料缓释、延长药效和肥效,进而达到增加农业产量之目的的研究。日本已在农林、花卉栽培方面小面积推广。
6.5 活性炭在分析上的应用
由于色谱分析的普及,活性炭在分析上作为试样的精制、分离、浓缩的普遍手段之一,已经得到广泛采用,由于活性炭性能的某些局限,它往往与分子筛混合使用。
参考文献:
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