水処理用活性炭の選び方

活性炭とは何ですか?

活性炭は、炭素を含む原料から作られる微結晶炭素材料の一種です。-黒色の外観、高度に発達した内部細孔構造、大きな比表面積、強力な吸着能力を特徴としており、吸着剤、触媒、触媒担体として広く使用されています。

活性炭は原料源により、木-系活性炭、堅果類活性炭、動物骨・血液活性炭、鉱物性活性炭-、合成樹脂性活性炭、ゴム・プラスチック活性炭、再生活性炭などに分類されます。堅果類の中でも、水処理用ヤシガラ活性炭豊富な微細孔と安定した水処理性能が特徴です。物理的形状により、粉末、粒状、不定粒状、円柱状、球状、繊維状活性炭に分けられます。多くの水処理プロジェクトでは粒状タイプを採用し、粒状活性炭水ろ過有機汚染物質と彩度を効率的に除去します。

活性炭は、水の浄化、金の抽出、砂糖の脱色、医薬品注射剤の精製、血液の浄化、空気の浄化、個人の安全保護などを含む、ほぼすべての国民経済部門と日常生活のシナリオをカバーする非常に広範な用途を誇っています。

 

 

活性炭の組成と製造

活性炭素材とは、非晶質炭素に特殊な処理を施したものを指します。比表面積が大きく、気相・液相中の無機・有機物質やコロイド粒子に対する吸着能力に優れています。主な種類には、活性炭（AC）と活性炭繊維（ACF）があります。

高性能吸着剤としてのその卓越した性能は、独特の表面構造特性と表面化学特性に起因しています。活性炭は、化学的性質が安定しており、機械的強度が高く、酸・アルカリ・耐熱性、水や有機溶剤に不溶で、リサイクル性があるという特徴があります。化学産業、環境保護、食品加工、冶金、医薬品精製、軍事化学保護などの分野で広く採用されています。現在、改質活性炭は廃水処理や大気汚染防止に広く応用されており、環境修復の有望な見通しを示しています。

活性炭の 80% ～ 90% 以上は炭素元素で構成されており、これが活性炭の疎水性吸着特性の原因となります。炭素の他に、次の 2 種類の不純物が含まれています。

• 化学的に結合した元素: 主に酸素と水素。これらの残留物は、不完全な炭化、または活性化中に炭素表面に化学的に結合した外来の非炭素元素から残ります。-たとえば、表面酸化は蒸気活性化下で発生します。
• 灰分: 活性炭の無機部分。

石炭、木材、ヤシの殻、クルミの殻、アプリコットの殻、ナツメの殻など、ほぼすべての炭素を豊富に含む有機材料は、活性炭の原料として使用できます。これらの炭素質原料は、高温および一定の圧力下で活性化炉内で熱分解されて活性炭に変換されます。活性化中に、巨大な比表面積と複雑な細孔ネットワークが徐々に形成され、そこで吸着反応が起こります。大きな分子はそれ自身の分子サイズよりも小さな細孔に入り込むことができないため、細孔サイズは活性炭に選択的吸着性能を与えます。典型的なナッツの殻製品としては、水処理用ヤシガラ活性炭ココナッツの殻を蒸気で活性化することによって製造され、微量の有機物の除去に最適なよく発達した微細孔が形成されます。{0}

活性炭は、炭素ベースの原料の高温炭化と活性化によって生成される疎水性吸着剤です。{0}{1}豊富な微細孔により、超大きな比表面積が得られ、二次排水中の色、臭い、ほとんどの有機汚染物質、および特定の無機物質（有毒な重金属を含む）を効果的に除去できます。-

 

活性炭の動作原理

 

1. ろ過原理

活性炭フィルターは水中の浮遊汚染物質を遮断し、捕捉された浮遊固体が炭素粒子間の空隙を埋めます。フィルター層の細孔サイズと多孔率は、カーボン粒子サイズが大きくなるにつれて拡大します。粗い活性炭は懸濁物質を貯蔵するためのより大きなスペースを提供し、濾過能力、汚れ保持能力、および総汚染物質遮断量を向上させます。全体の動作ロジックは、粒状活性炭水ろ過物理的遮断と表面吸着という二重のメカニズムに依存しています。

細孔が大きいと、懸濁物質がより低い炭素層に深く浸透することができます。十分なフィルター厚さにより、より多くの汚染物質を捕集することができ、中層と下層の遮断性能を最大限に発揮し、システム全体の汚染物質保持能力を向上させます。

理論的には、浮遊物質阻止能力は活性炭の総表面積に由来します。流速が低い場合、濾過はスクリーニングによって支配されます。高い流速では、カーボン粒子の表面吸着が優先されます。炭素粒子の総表面積が大きくなるため、水中の浮遊物質に対してより強力な接着力が得られます。

 

2. 吸着原理

活性炭と汚染物質分子の間の分子間力に基づいて、吸着は物理吸着と化学吸着 (活性吸着とも呼ばれます) の 2 つのカテゴリに分類されます。

• 物理吸着: ファンデルワールス力または静電引力によって引き起こされます。吸着強度は主にカーボンの物理的特性に依存し、化学組成にはほとんど影響されません。ファンデルワールス力は弱く、凝縮と同様に、汚染物質にほとんど構造変化を与えません。汚染物質は物理吸着後も元の化学的特性を保持します。
• 化学吸着: 化学結合によって引き起こされ、汚染物質分子に重大な構造変化を伴う化学反応に相当します。これには、弱い分極ではなく電子の共有または移動が含まれ、不可逆的なプロセスです。物理吸着と化学吸着の基本的な違いは、吸着結合を形成する力にあります。

吸着は、汚染物質の分子が自由エネルギーの減少で固体表面に付着し、吸着熱を放出する発熱プロセスです。発散力により、物理吸着と化学吸着の間で、吸着熱、速度、活性化エネルギー、温度選択性、吸着層の量、および吸着スペクトルに差異が生じます。

活性炭吸着技術は、数十年にわたり製薬、化学、食品業界の精製や脱色に応用されており、1970年代からは産業廃水処理にも採用されています。実際の生産により、水中の微量有機汚染物質に対する優れた吸着性能が実証され、印刷と染色、染料、食品加工、有機化学排水に顕著な処理効果をもたらします。合成染料、界面活性剤、フェノール、ベンゼン、有機塩素、農薬、石油化学製品など、BODやCODに代表される有機物を独自に除去します。そのため、活性炭吸着は産業廃水の二次、三次処理プロセスの主流の一​​つとなっています。

吸着は、表面張力および表面エネルギーの変化と相関する遅い界面現象です。 2 つの駆動力が吸着を引き起こします。水溶媒の疎水性物質への反発と、固体吸着剤と溶質の間の親和力です。廃水の吸着は通常、両方の力の複合効果です。

吸着能力は活性炭の比表面積と細孔構造によって直接決まります。炭素の種類は廃水の特性に応じて水質検査によって選択されます。遷移細孔が豊富にあるカーボンは、廃水の印刷や染色に適しています。その他の影響要因には次のものがあります。

• 灰分含有量: 灰分が少ないほど、吸着性能が向上します。
• 吸着質の分子サイズと炭素の細孔径の一致度: サイズが一致すると吸着が促進されます。
• 吸着質濃度：一定の濃度範囲内で吸着能力が上昇します。
• 水温とpH値：水温が上昇すると吸着能力が低下します。

 

 

活性炭の性質

 

1. 吸着特性

活性炭吸着により、多孔質炭素表面に汚染物質を捕捉し、可溶性有機物、合成洗剤、微生物、ウイルス、部分重金属などを除去し、脱色、消臭、空気浄化を実現します。

活性炭は、巨大な表面積と内部の微細な毛細管孔を備えた小さな炭素粒子で構成されています。毛細管は強力な吸着能力を持っています。カーボン表面と気体・液体の不純物が完全に接触することで吸着・浄化が行われます。

国内の機器の多くは直接比較法のみをサポートしているのに対し、BET 法は比表面積試験の信頼できる唯一の基準です。マルチポイント BET は、統一された世界的試験標準として機能し、中国国家標準 GB/T 19587-2004: BET 原理を使用したガス吸着による固体の比表面積の決定に文書化されています。

比表面積の測定には時間がかかります。-サンプルによっては、テストに丸一日かかる場合があります。非自動化装置では、オペレーターによるフルタイムの監督が必要であり、軽度の誤操作がテストの失敗や労働時間の無駄につながります。- F-比表面積分析計は、BET測定を完全にサポートしています（直接比較法と互換性があります）。これは、中国で唯一の全自動インテリジェント比表面積試験装置であり、高い国際的一貫性、安定した試験結果、最小限に抑えられた人的エラー、優れたデータ精度を特徴としています。

 

2. 化学的性質

活性炭は、細孔構造と化学組成によって決定される物理的吸着と化学的吸着の両方に依存しています。

炭素の他に、活性炭には、カルボニル、カルボキシル、フェノール、ラクトン、キノン、エーテル基など、化学的に結合した酸素と水素の官能基が少量含まれています。表面酸化物および複合体は、原料誘導体または活性化中および活性化後の空気/蒸気との反応に由来します。表面の硫化物や塩化物が時々形成されることもあります。原料からのミネラルは、活性化中に灰に濃縮され、主に炭酸塩やリン酸塩などのアルカリ金属およびアルカリ土類金属の塩になります。

 

3. 機械的性質

• 粒子サイズ: 標準ふるいふるいによって測定され、粒子サイズ分布分析のために保持され、各ふるいを通過した質量が計算されます。
• 見掛け嵩密度: 内部細孔容積と粒子間空隙容積を含む単位容積あたりの活性炭の質量。-
• 粒子密度: 内部細孔容積を含むが、粒子間空隙容積を除いた単位体積あたりの活性炭の質量。-
• 硬度：破砕に対する耐性。
• 耐摩耗性: 耐摩耗性能。-

機械的特性はアプリケーションの効果に直接影響します。密度はタンクの体積を決定します。粉末の細かさは濾過に影響します。粒状の炭素サイズ分布が流体抵抗と圧力降下を制御します。耐断片化性は耐用年数と廃炭素の再生効率に影響します。

 

活性炭の分類

 

1. 原材料別

• 木-ベースの活性炭
• 動物骨・血液活性炭
• 鉱物-ベースの活性炭
• その他原料活性炭
• 再生活性炭

 

2. 製造工程別

• 化学活性炭（ケミカルカーボン）
• 物理活性炭（物理炭）
• 化学-物理/物理-複合活性炭

 

3. 身体的形状による

粉末活性炭、粒状活性炭、不定粒状活性炭、円筒状活性炭、球状活性炭、その他の特殊な形状の活性炭。{0}}

 

4. 孔径別

• マクロ細孔: 細孔直径 1000 Å 以上
• 移行細孔：細孔径20～1000Å
• 微細孔: 孔径 20 Å 以下 微細孔は活性炭の比表面積の大部分を占めます。

 

5. 原料カテゴリー別

• 木-ベースの活性炭: 木チップ、木炭などから製造されます。
• ナッツ殻活性炭：ヤシ殻、クルミ殻、アンズ殻などから製造されます。
• 石炭-ベースの活性炭: 褐炭、泥炭、瀝青炭、無煙炭などから製造されます。
• 石油-系活性炭: ピッチ-から作られたピッチ系球状活性炭など
• 再生活性炭：廃炭を再活性化したもの

 

このタイプの活性炭は、高品質の木炭と木材チップから、物理的および化学的活性化プロセスを組み合わせて精製されます。{0}黒色の粉末、無毒、無臭で、細孔がよく発達しており、水質に有害な水溶性物質は含まれていません。-強力な吸着能力、優れた脱色性、速いろ過速度が特徴です。液相の大分子および小分子の有害物質を効果的に吸着し、生活排水、化学排水、医療排水、都市排水などの水域に広く適用され、脱色、脱臭、COD低減に優れた性能を発揮します。

 

 

高品質活性炭の特徴-

プレミアム活性炭は、大きな吸着容量、長い耐用年数、高い機械的強度、低灰分、容易な逆洗、安定した排水品質を特徴とします。異臭を除去し、彩度を向上させ、塩素、フェノール、水銀、鉛、ヒ素、塩化物、洗剤、殺虫剤、化学肥料などの有毒な水質汚染物質の高い除去率を実現します。

 

コアテクニカル指標

• 粒子サイズ (10 ～ 24 メッシュ、2.0 ～ 0.8 mm): 95% 以上 注: 粒子が小さいほど比表面積が大きくなり、吸着力が向上しますが、損失と粉塵の発生量が多くなります。
• ヨウ素価: 1000 mg/g 以上 注: ヨウ素価が高いほど、吸着能力が強いことを示します。
• 比表面積: 1000 ～ 1200 m²/g 注: 1 グラムの活性炭は、1000 平方メートルの細孔壁面積に広がります。吸着性能は細孔の発達度に依存します。
• メチレンブルー脱色力：10mL/g以上 注：脱色能力を表します。
• 耐摩耗性: 95% 以上 注: 耐摩耗性が高いということは、カーボン品質が優れていることを意味します。
• 乾燥減量: 10% 以下 注: 水分含有量を表します。値が小さいほど品質が良いことを示します。
• 強熱残留物 (灰分): 3% 以下 注: 灰分が低いほど品質が良いことを示します。
• かさ密度: 0.48 ～ 0.55 g/mL 注: 一般に、かさ密度が低いほど、より強い吸着能力が得られます。

 

最後まで読んでいただきありがとうございました！水処理における活性炭の応用についてはある程度理解していただけたと思います。活性炭製造において 27 年の経験を持つ当社は、お客様が選択できるさまざまな水処理用活性炭製品を提供しています。いつでもお気軽にお問い合わせください。24時間オンラインサービスを提供いたします。

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