活性炭滤芯是由椰壳、果壳等为原料,经过炭化(焖烧炉)、活化(在斯列普活化炉中800℃高温水蒸汽活化)、破碎、筛选、风选、水洗、烘干等工序制得.
活性炭滤芯是家用净水器中较主要、使用较多的吸附材料(其他吸附材料还有:中性大孔树脂、大孔阴树脂、分子筛、硅藻土等).早在二十世纪三十年代,人们就用活性炭从焦化厂的废水中吸附苯酚,因此,活性炭在水处理中的应用已有近八十年的历史.有记载1862年英国采用活性炭净化饮用水.我国现代较早的净水器(上海仙童净水科技有限公司,1986年)也是以活性炭为净水材料的.可以说,从净水器诞生以来,活性炭滤芯一直与家用净水器"形影不离",难分难解.
一、活性炭的分类
1、根据制活性炭原料的不同,活性炭可分为:
(1)木质炭:又可分为木炭(由木屑为原料制成)、竹炭(由竹为原料制成)、果壳炭(由核桃壳或杏核为原料制成)、椰壳炭(由椰子壳为原料制成),净水器中常用的是椰壳炭或果壳炭.
(2)煤质炭(由无烟煤制成,以宁夏产的质量较好),
(3)骨炭(由动物骨头制成).
(4)载银活性炭:一般以果壳活性炭为原料,以特殊工艺使之载银,含银量常为0.1~0.3%,它在水中会缓慢释放出银离子(Ag+),而银离子有消灭有害物质作用,因此载银活性炭除了普通活性炭的吸附功能外,还具有抑制有害物质繁殖的功能.净水器一定要用高品质的载银活性炭,否则开始时出水中银离子会超标,而使用不长时间就不再有银溶出了.笔者曾经就如何生产载银活性炭问过某活性炭生产厂厂长,他说把活性炭洗净,浸泡在硝酸银溶液中,捞出后滤干,再泡入盐酸或盐水中,捞出后滤干、洗净、烘干.我听完后就告诉他说,你这是载的氯化银,氯化银在水中溶解度较大,就会出现前述情况,开始时出水中银离子超标,饮用此水对人体有害;使用不长时间,氯化银全溶解完了,就不再有银离子溶出了,也不再有抑菌作用了.所以这样的载银活性炭肯定不行,建议慎用.
2、根据活性炭形态的不同,家用净水器中常用的活性炭可分为:
(1)粉末活性炭(PAC).粉末活性炭实际上是粒度更细小的颗粒活性炭.由于颗粒细小,比表面积大,它的吸附效果优于常用的颗粒活性炭.德国世保康及美国爱惠浦就是采用的粉末活性炭.
(2)颗粒活性炭(GAC).这是在净水器中较常用的活性炭.颗粒越小,吸附效果越好,但水的阻力(进出口压差)越大,也容易漏炭,因此净水器制造厂应选择粒度合适的颗粒.在大型水处理设备中,常选用10~24目(P2.0~0.8mm),小型家用净水器由于炭柱高度短、流速快、水与活性炭接触时间短,建议选用16~32目(P1.3~0.6mm).
(3)活性炭纤维毡(ACF),按原材料不同,它又有二种:一种是以粘胶基纤维长丝为原料,加工成布,经炭化、活化、高温处理而成;另一种是以聚丙烯腈基纤维为原料,加工成毡,经预氧化、炭化、活化、高温处理而成.平均孔径前者为17~26A,后者为10~20A.活性炭纤维常制成厚1~5mm厚的毡,它的微孔比颗粒活性炭更多,比表面积更大(1000~1600m2/g),吸附容量更大(高2~6倍),吸附速度更快,而且具有良好的重复利用性能,脱附速度快,可重复使用.缺点是价格较贵,也易繁殖有害物质的。
(4)烧结活性炭滤芯(CTO),又称炭棒滤芯、压缩活性炭滤芯.是由颗粒活性炭加入粘结剂(如PE树脂)加温烧结挤压成型,碳芯外层往往还包有白色聚丙烯(PP)无纺布.烧结活性炭滤芯兼有吸附和过滤(平均孔径3~20um)二种功能,但其过滤功能低于PP熔喷滤芯,吸附功能低于颗粒活性炭滤芯.
二、活性炭在净水器中的作用
1、活性炭的净水作用
活性炭可去除水中嗅和味、色度、余氯、胶体、有机物(合成洗涤剂、农药、除草剂、杀虫剂、合成染料、三卤甲烷、卤乙酸、内分泌干扰物如邻苯二甲酸酯PAES等)、重金属(如汞、银、镉、铬、铅、镍等等)、放射性物质等,是净水器中使用较早、较广泛实用的净水材料.不仅一般活性炭净水器,在家用反渗透纯水机,以及多数超滤、陶瓷、KDF、UV等净水器中,都会用到活性炭.活性炭和KDF都能去除水中余氯,但KDF和氯反应生成锌离子(Zn2+),可能会导致水中锌超标,而用活性炭除氯则没有这类担心.活性炭在活化过程
中形成大量的各种形状的细微孔,构成了巨大的具有吸附作用的表面积,其比表面积为500~1200m2/g,比表面积越大,吸附效果越好.
2、活性炭的负面影响
(1)活性炭吸附了大量的有机物,这些有机物会成为有害物质等微生物的营养,有害物质会在活性炭的微孔中大量繁殖增生,并可能导致出水中菌落总数超标.
(2)净水器中的活性炭在微生物催化作用下,把水中氨氮转化为亚硝酸盐氮,常出现净水器出水中的亚硝酸盐比进水高出很多倍.亚硝酸盐本身不是致癌物质,但它与水中胺类物质反应生成的亚硝胺是强致癌物质.
(3)在活性炭吸附过滤的出水加溴树脂(溴代聚苯乙烯海因)过滤或UV杀灭有害物质是解决水中微生物超标的好方法.艾欧.史密斯(上海)水处理产品有限公司在部份家用反渗透纯水机的后置活性炭滤芯中加上一小段溴树脂,出水即无菌,出口到欧洲诸国很受欢迎.
3、活性炭吸附机理
(1)物理吸附:范德瓦尔力.活性炭通过物理吸附可去除水中的有机物、胶体等.
(2)化学吸附:化学反应及催化作用.活性炭通过物理吸附可去除水中的余氯、氯胺等等.
C+Cl2+H2OmrCO+2H++2Cl-C+ClO-mrCO+Cl-C+2NHCl2+H2OmrCO+N2+4H++4Cl-

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