一、煤質柱狀活性炭的效能檢驗一般煤質柱狀活性炭的效能檢測分為物理效能檢驗、吸附效能檢驗和化學效能檢驗等。
1、煤質柱狀活性炭的物理效能檢驗一般將煤質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)、粒度分佈、表觀密度(或稱裝填密度)、漂浮率、著火點、揮發物含量等專案歸於物理效能檢驗範疇,當將煤質柱狀活性炭的“化學性質”認為是“化學純度”時(這種傾向多存在於煤質柱狀活性炭的應用行業中),有時將其中的灰分含量和揮發物含量歸屬於煤質柱狀活性炭的化學性質檢測範疇。
煤質柱狀活性炭的應用目的的不同,對物理效能的要求會有所不同(這種不同不僅指效能指標,還包括專案的數量),例如用於水處理的顆粒煤質柱狀活性炭一般要求測試漂浮率、水分、強度、灰分、裝填密度、粒度分佈等專案,當用戶指定採用粉狀煤質柱狀活性炭時,一般不測試強度和漂浮率;當煤質柱狀活性炭用於溶劑回收用途時,一般需檢測著火點、水分,強度、裝填密度和粒度分佈。
(1)、強度:強度是煤質柱狀活性炭重要的物理效能測試指標,其測試原理是將煤質柱狀活性炭樣放在一個裝有一定數量不鏽鋼球的專業盤中,進行時旋轉和擊打組合運動,運動中煤質柱狀活性炭骨架和表層同時受到破壞,測定被破壞煤質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佔煤質柱狀活性炭樣品的百分數作為煤質柱狀活性炭的強度,一般煤質柱狀活性炭強度測試有專用裝置,各種標準中都有專門的規定。
煤質柱狀活性炭強度指標是煤質柱狀活性炭經常測試的物理指標,用來衡量煤質柱狀活性炭質量的總要指標,在煤質柱狀活性炭生產、貿易和科研中廣泛應用,是各種顆粒煤質柱狀活性炭產品必測的指標。
(2)、裝填密度:煤質柱狀活性炭裝填密度測試方法是煤質柱狀活性炭經震動落入量筒中,100ML煤質柱狀活性炭的質量,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柱狀活性炭吸附效能、強度等指標有密切關係,一般對用同一種原料和工藝生產的煤質柱狀活性炭產品,其裝填密度越高,其吸附效能越差,強度越高,裝填密度指標在煤質柱狀活性炭生產、貿易和科研中廣泛應用,是最常用的檢測指標之一。
(3)、漂浮率:一般液相淨化用和水處理用煤質柱狀活性炭均檢測此指標,漂浮率越低表示煤質柱狀活性炭質量越好,中國大同地區生產的部分煤質柱狀活性炭產品漂浮率指標較高,為了降低漂浮率,需對煤質柱狀活性炭進行風選或水洗處理,以滿足使用者對煤質柱狀活性炭漂浮率指標的要求。
2、煤質柱狀活性炭的吸附效能檢測一般包括水容量、亞甲基藍吸附值、碘值、苯酚吸附值、四氯化碳吸附值、飽和硫容量、穿透硫容量、四氯化碳脫附率、防護時間(對苯蒸氣、氯乙烷的防護時間)的測定等專案,後兩者用於對化學防護用煤質柱狀活性炭或其催化劑、吸附劑的有效的有效防護效能的評價。
(1)、碘值:碘值是表徵煤質柱狀活性炭吸附效能的一個指標,一般認為其數值高低與煤質柱狀活性炭中微孔的多少有很好的關聯性。其測試原理是稱取一定量的煤質柱狀活性炭樣與配置好已知濃度的碘溶液充分振盪混合吸附後,用滴定法測定溶液中殘留碘值,計算出每克煤質柱狀活性炭樣吸附碘的毫克數。
碘值指標是測定煤質柱狀活性炭吸附能最常用的指標,具有測試儀器簡單、快速、易操作等特點,是應用最廣的煤質柱狀活性炭吸附能測試方法,在煤質柱狀活性炭生產、科研中廣泛應用,中國各種煤質柱狀活性炭一般均用此指標表徵煤質柱狀活性炭的吸附效能;但碘值的測試結果和採用的測試方法有關,中國方法、美國方法和日本方法的碘值測試方法略有不同,測試結果也有差異,因此在報告碘值測試結果時,應標註採用的檢測方法。
(2)、亞甲基藍:亞甲基藍也是表徵煤質柱狀活性炭吸附效能的一個指標,由於其分子直徑較大,一般認為其主要吸附在孔徑較大的孔內,其數值的高低主要表徵煤質柱狀活性炭中孔數量的多少。其測試原理是稱取一定量的煤質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,計算出每克煤質柱狀活性炭樣吸附亞甲基藍的毫克數。
亞甲基藍吸附指標是測定煤質柱狀活性炭吸附能的常用指標,主要表示煤質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,是應用最廣的煤質柱狀活性炭吸附能測試方法,在煤質柱狀活性炭生產、科研中廣泛應用,中國水處理用煤質柱狀活性炭一般均用此指標表徵煤質柱狀活性炭的吸附效能,在美國煤質柱狀活性炭檢測方法中沒有亞甲基藍檢測指標,在日本煤質柱狀活性炭檢測方法中有亞甲基藍檢測指標,但與中國的檢測方法略有不同,使用此檢測指標時應注意。
(3)四氯化碳吸附率:在一定的溫度條件下將含有一定四氯化碳蒸氣濃度的混合空氣流連續不斷的透過煤質柱狀活性炭床層,透過60min後對煤質柱狀活性炭進行稱量,以後每隔15min稱量一次,直至煤質柱狀活性炭吸附飽和,煤質柱狀活性炭吸附飽和是吸附的四氯化碳質量與煤質柱狀活性炭樣質量的百分比作為四氯化碳吸附率。
四氯化碳吸附指標是測定煤質柱狀活性炭吸附能的常用指標,主要表示煤質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,是應用最廣的煤質柱狀活性炭吸附效能測試方法之一,在煤質柱狀活性炭生產、科研中廣泛應用,中國氣相用煤質柱狀活性炭一般均用此指標表徵煤質柱狀活性炭的吸附效能。
3、煤質柱狀活性炭化學效能檢測煤質柱狀活性炭的化學性質包括元素組成(含工業分析、元素分析和有害雜質分析三個範疇)表面氧化物(官能團)性質,澤塔電位(等電點、PH值等)等。
在現行煤質柱狀活性炭國際檢測方法中,僅有灰分和PH值得測定能勉強歸入化學性質分析範疇,美國煤質柱狀活性炭標準中,有PH值、總灰分、水溶物、揮發物含量共四項為化學性質分析專案,在煤質柱狀活性炭化學性質方面規定最嚴密的,當屬於日本的煤質柱狀活性炭檢測標準,不僅規定了灼燒殘分相當於總灰分、PH值等專案,還規定了氯化物、鐵、鋅、鎘、鉛、砷含量檢測專案。
除灰分、PH值。水溶物三項外,目前國內部分煤質柱狀活性炭企業進行的煤質柱狀活性炭化學性質分析檢驗專案包括: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、以滿足中國煤質柱狀活性炭產品出口的要求。
綜上所述,在中國煤質柱狀活性炭檢驗國家標準中,物理效能檢測較為完備;吸附效能檢測專案數量雖然多於美國和日本標準,但在與應用結合程度方面遠遜於美國,化學性質檢驗比較少。
二、煤質柱狀活性炭微觀結構的檢驗
煤質柱狀活性炭的微觀結構表徵包括比表面積,孔容積(分微孔容積、中孔容積、大孔容積等,有時更細分為細微孔、此微孔、細中孔、粗中孔等)平均空隙直徑、最可幾直徑等。
中國的國家標準中規定了孔容積和比表面積的測定方法,美國和日本標準中則沒有對應得規定。迄今為止,世界各國都未能拿出一套可用於表徵煤質柱狀活性炭微觀結構的、能令大多數人信服的標準試驗方法。
目前大多采用全自動吸附儀,採用液氮靜態吸附方法來表徵煤質柱狀活性炭的微觀結構,但由於選用的儀器及資料處理方法的差異,檢測結果差距較大,一般誤差在10左右。
1、比表面積:比表面及孔結構在比表面開始測試前對煤質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,根據單分子層吸附量和吸附質分子截面積,計算煤質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)模型及密度函數理論(Dengsityfunctionaltheory)計算平均孔徑及其分佈。
比表面積是表徵煤質柱狀活性炭吸附效能的主要指標,這一指標解釋了煤質柱狀活性炭產生吸附的原因,是人們加深了對吸附現象本質的認識,在煤質柱狀活性炭及吸附材料的研究中,這種檢測指標應用得較多,但由於檢測儀器裝置比較複雜,而且價格昂貴,因此在煤質柱狀活性炭生產中應用的比較少。
2、孔容積:孔容積透過測定顆粒煤質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,在報出測試結果時應標註檢測方法。
孔容積也是表徵煤質柱狀活性炭吸附效能的重要指標,經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,孔容積和煤質柱狀活性炭裝填密度密切相關,和裝填密度指標成反比。
一、煤質柱狀活性炭的效能檢驗一般煤質柱狀活性炭的效能檢測分為物理效能檢驗、吸附效能檢驗和化學效能檢驗等。
1、煤質柱狀活性炭的物理效能檢驗一般將煤質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)、粒度分佈、表觀密度(或稱裝填密度)、漂浮率、著火點、揮發物含量等專案歸於物理效能檢驗範疇,當將煤質柱狀活性炭的“化學性質”認為是“化學純度”時(這種傾向多存在於煤質柱狀活性炭的應用行業中),有時將其中的灰分含量和揮發物含量歸屬於煤質柱狀活性炭的化學性質檢測範疇。
煤質柱狀活性炭的應用目的的不同,對物理效能的要求會有所不同(這種不同不僅指效能指標,還包括專案的數量),例如用於水處理的顆粒煤質柱狀活性炭一般要求測試漂浮率、水分、強度、灰分、裝填密度、粒度分佈等專案,當用戶指定採用粉狀煤質柱狀活性炭時,一般不測試強度和漂浮率;當煤質柱狀活性炭用於溶劑回收用途時,一般需檢測著火點、水分,強度、裝填密度和粒度分佈。
(1)、強度:強度是煤質柱狀活性炭重要的物理效能測試指標,其測試原理是將煤質柱狀活性炭樣放在一個裝有一定數量不鏽鋼球的專業盤中,進行時旋轉和擊打組合運動,運動中煤質柱狀活性炭骨架和表層同時受到破壞,測定被破壞煤質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佔煤質柱狀活性炭樣品的百分數作為煤質柱狀活性炭的強度,一般煤質柱狀活性炭強度測試有專用裝置,各種標準中都有專門的規定。
煤質柱狀活性炭強度指標是煤質柱狀活性炭經常測試的物理指標,用來衡量煤質柱狀活性炭質量的總要指標,在煤質柱狀活性炭生產、貿易和科研中廣泛應用,是各種顆粒煤質柱狀活性炭產品必測的指標。
(2)、裝填密度:煤質柱狀活性炭裝填密度測試方法是煤質柱狀活性炭經震動落入量筒中,100ML煤質柱狀活性炭的質量,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柱狀活性炭吸附效能、強度等指標有密切關係,一般對用同一種原料和工藝生產的煤質柱狀活性炭產品,其裝填密度越高,其吸附效能越差,強度越高,裝填密度指標在煤質柱狀活性炭生產、貿易和科研中廣泛應用,是最常用的檢測指標之一。
(3)、漂浮率:一般液相淨化用和水處理用煤質柱狀活性炭均檢測此指標,漂浮率越低表示煤質柱狀活性炭質量越好,中國大同地區生產的部分煤質柱狀活性炭產品漂浮率指標較高,為了降低漂浮率,需對煤質柱狀活性炭進行風選或水洗處理,以滿足使用者對煤質柱狀活性炭漂浮率指標的要求。
2、煤質柱狀活性炭的吸附效能檢測一般包括水容量、亞甲基藍吸附值、碘值、苯酚吸附值、四氯化碳吸附值、飽和硫容量、穿透硫容量、四氯化碳脫附率、防護時間(對苯蒸氣、氯乙烷的防護時間)的測定等專案,後兩者用於對化學防護用煤質柱狀活性炭或其催化劑、吸附劑的有效的有效防護效能的評價。
(1)、碘值:碘值是表徵煤質柱狀活性炭吸附效能的一個指標,一般認為其數值高低與煤質柱狀活性炭中微孔的多少有很好的關聯性。其測試原理是稱取一定量的煤質柱狀活性炭樣與配置好已知濃度的碘溶液充分振盪混合吸附後,用滴定法測定溶液中殘留碘值,計算出每克煤質柱狀活性炭樣吸附碘的毫克數。
碘值指標是測定煤質柱狀活性炭吸附能最常用的指標,具有測試儀器簡單、快速、易操作等特點,是應用最廣的煤質柱狀活性炭吸附能測試方法,在煤質柱狀活性炭生產、科研中廣泛應用,中國各種煤質柱狀活性炭一般均用此指標表徵煤質柱狀活性炭的吸附效能;但碘值的測試結果和採用的測試方法有關,中國方法、美國方法和日本方法的碘值測試方法略有不同,測試結果也有差異,因此在報告碘值測試結果時,應標註採用的檢測方法。
(2)、亞甲基藍:亞甲基藍也是表徵煤質柱狀活性炭吸附效能的一個指標,由於其分子直徑較大,一般認為其主要吸附在孔徑較大的孔內,其數值的高低主要表徵煤質柱狀活性炭中孔數量的多少。其測試原理是稱取一定量的煤質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,計算出每克煤質柱狀活性炭樣吸附亞甲基藍的毫克數。
亞甲基藍吸附指標是測定煤質柱狀活性炭吸附能的常用指標,主要表示煤質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,是應用最廣的煤質柱狀活性炭吸附能測試方法,在煤質柱狀活性炭生產、科研中廣泛應用,中國水處理用煤質柱狀活性炭一般均用此指標表徵煤質柱狀活性炭的吸附效能,在美國煤質柱狀活性炭檢測方法中沒有亞甲基藍檢測指標,在日本煤質柱狀活性炭檢測方法中有亞甲基藍檢測指標,但與中國的檢測方法略有不同,使用此檢測指標時應注意。
(3)四氯化碳吸附率:在一定的溫度條件下將含有一定四氯化碳蒸氣濃度的混合空氣流連續不斷的透過煤質柱狀活性炭床層,透過60min後對煤質柱狀活性炭進行稱量,以後每隔15min稱量一次,直至煤質柱狀活性炭吸附飽和,煤質柱狀活性炭吸附飽和是吸附的四氯化碳質量與煤質柱狀活性炭樣質量的百分比作為四氯化碳吸附率。
四氯化碳吸附指標是測定煤質柱狀活性炭吸附能的常用指標,主要表示煤質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,是應用最廣的煤質柱狀活性炭吸附效能測試方法之一,在煤質柱狀活性炭生產、科研中廣泛應用,中國氣相用煤質柱狀活性炭一般均用此指標表徵煤質柱狀活性炭的吸附效能。
3、煤質柱狀活性炭化學效能檢測煤質柱狀活性炭的化學性質包括元素組成(含工業分析、元素分析和有害雜質分析三個範疇)表面氧化物(官能團)性質,澤塔電位(等電點、PH值等)等。
在現行煤質柱狀活性炭國際檢測方法中,僅有灰分和PH值得測定能勉強歸入化學性質分析範疇,美國煤質柱狀活性炭標準中,有PH值、總灰分、水溶物、揮發物含量共四項為化學性質分析專案,在煤質柱狀活性炭化學性質方面規定最嚴密的,當屬於日本的煤質柱狀活性炭檢測標準,不僅規定了灼燒殘分相當於總灰分、PH值等專案,還規定了氯化物、鐵、鋅、鎘、鉛、砷含量檢測專案。
除灰分、PH值。水溶物三項外,目前國內部分煤質柱狀活性炭企業進行的煤質柱狀活性炭化學性質分析檢驗專案包括: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、以滿足中國煤質柱狀活性炭產品出口的要求。
綜上所述,在中國煤質柱狀活性炭檢驗國家標準中,物理效能檢測較為完備;吸附效能檢測專案數量雖然多於美國和日本標準,但在與應用結合程度方面遠遜於美國,化學性質檢驗比較少。
二、煤質柱狀活性炭微觀結構的檢驗
煤質柱狀活性炭的微觀結構表徵包括比表面積,孔容積(分微孔容積、中孔容積、大孔容積等,有時更細分為細微孔、此微孔、細中孔、粗中孔等)平均空隙直徑、最可幾直徑等。
中國的國家標準中規定了孔容積和比表面積的測定方法,美國和日本標準中則沒有對應得規定。迄今為止,世界各國都未能拿出一套可用於表徵煤質柱狀活性炭微觀結構的、能令大多數人信服的標準試驗方法。
目前大多采用全自動吸附儀,採用液氮靜態吸附方法來表徵煤質柱狀活性炭的微觀結構,但由於選用的儀器及資料處理方法的差異,檢測結果差距較大,一般誤差在10左右。
1、比表面積:比表面及孔結構在比表面開始測試前對煤質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,根據單分子層吸附量和吸附質分子截面積,計算煤質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)模型及密度函數理論(Dengsityfunctionaltheory)計算平均孔徑及其分佈。
比表面積是表徵煤質柱狀活性炭吸附效能的主要指標,這一指標解釋了煤質柱狀活性炭產生吸附的原因,是人們加深了對吸附現象本質的認識,在煤質柱狀活性炭及吸附材料的研究中,這種檢測指標應用得較多,但由於檢測儀器裝置比較複雜,而且價格昂貴,因此在煤質柱狀活性炭生產中應用的比較少。
2、孔容積:孔容積透過測定顆粒煤質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,在報出測試結果時應標註檢測方法。
孔容積也是表徵煤質柱狀活性炭吸附效能的重要指標,經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,孔容積和煤質柱狀活性炭裝填密度密切相關,和裝填密度指標成反比。