活性炭系列产品在净水机行业的应用

星光椰壳活性炭 2020-05-21 12:45:40

活性炭系列产品在净水机行业的应用

活性炭是一种多孔炭材料,其微晶结构是原材料经过碳化、活化工序形成,微晶中碳原子均以六边形组合状态形成类石墨的层状结构。使其本身具有发达的孔隙结构和巨大的比表面积、吸附能力强,机械强度高、品种规格繁多、同时具有很好的化学稳定性。因此,活性炭系列产品被广泛应用于化学工业、食品行业、核电、黄金提取、汽车、家电、医药、农药、农业、国防等诸多科技领域,用途相当广泛。活性炭因其独特的结构状态,目前尚无其它类别的产品能以取代! 

活性炭可采取不同的原材料进行生产,如:木质材料中普通的木材、木屑、各类果壳、煤质系列、石油残渣、废旧轮胎等含碳材料均可生产。活性炭产品组分中含碳大约90%~95%,含氧约2%~5%,含氢1%~2%,另外含有少量的金属化合物,主要生产方法:化学法、物理法、化学物理法、物理化学法,不同的生产工艺使得活性炭的内部孔径结构也不同,其中形成的孔径按常规可分为:1、微孔(≤2nm)也有称孔径小于0.8nm以下的为亚微孔,2、中孔(过渡孔2nm~50nm),3、大孔(≥50nm)。孔的分类也有其它表述,但大都以上述分类为多。活性炭的微孔发达程度直接影响到其比表面积的大小,在气相介质的运用上起到关键性的作用,2nm以上的孔隙在液相介质吸附处理或催化剂载体中会广泛使用,大孔部分在一般的吸附过程中不起直接性吸附作用,只起到辅助并充当吸附质的运送通道。                                                     

活性炭产品的生产工艺、品种规格较为繁多,在此不作更多的讨论,针对目前净水领域,特别是家用净水机、商用净水机的活性炭滤芯的应用技术方面作一些简单的探讨。常见的家用RO净水机一般采用五级滤芯处理,作为第二级的前置活性炭滤芯主要功能是去除水体中的余氯、嗅味、农药、医药残留、卤代烃等有机高分子污染物,对于重金属的去除就活性炭本身而言效果并不理想,不像有些商家片面夸大了它的使用效果,活性炭必须通过改性会在特定的PH值范围内对铅等重金属离子有一定的去除效果,但在家用RO净水机活性炭滤芯使用上很难实现。

 

目前国内市场上,活性炭产品可谓良莠不齐,这是困扰了中国活性炭生产行业多年难以控制解决的问题,生产企业规模小,工艺技术落后。有些生产厂家为了追求不合理的利润,以次充好,以假乱真,有的仅用碳化料或部分碳化料进行掺兑,产品理化指标很低,甚至有些厂家大量使用回收的废炭作一些简单的处理便包装销售,连再生炭都谈不上。据不完全统计国内家用净水机生产单位已有近四千家,规模大小也不均等,可以肯定地说,许多净水机生产厂家根本就不具备活性炭的检测手段,势必造成对所选购的滤芯灌装用活性炭的各项指标无法精准把控,有些单位为了低价促销,压缩制造成本,也只能选用价格低廉的各种的部件进行拼装。通过国内几次水展,笔者了解到一些净水机生产单位也直言不讳地说道,他们以生产中低端的产品为主,他们认为有些消费者愿意购买价格低的产品,产品只要有型即可,一只普通的前置10吋活性炭滤芯市场价格只有4.5元左右,购买的活性炭只有三千元不到,仅凭这个价格,我们如何选用,一只10吋的CTO活性炭滤芯也仅仅5元左右,我曾经带回几支进行各项性能测试,结果令人难以置信,有的颗粒炭的碘值只有200mg/g多,用这活性炭滤芯装配的净水机让人如何放心使用。

     
一、家用净水机滤芯用活性炭目前存在的一些现象和问题:

1、煤质、果壳类碳化料经破碎筛分加工处理充当活性炭产品在市场上进行销售,这样的产品强度会稍高一些,碘值一般在200~300mg/g之间,亚甲基蓝脱色力很低,5ml/0.5g以下,有点几乎测不出。如果用这样的物料灌装滤芯,吸附处理的效果非常低下。

2、有的小企业将各类果壳如:杏壳、桃壳、核桃壳、枣核等通过土法生产,将碳化、活化在一台炉中一次性进行,待冷却后破碎、筛分,包装作为成品,产品的碘值500~600mg/g,如果控制好碘值还会再高一些,亚甲基蓝脱色力5ml/0.5g左右,由于生产条件限制,水分会偏高一些,大约在15%,这类产品大都用在工业水处理方面,价格一般在5000元/吨左右,如果用在家用净水机滤芯方面其理化指标偏低。

3、再生炭和原生炭进行掺兑,如果将同种原料且粒度规格相近的再生炭和原生炭按照一定比例进行掺兑,首先必须将再生炭经过去污、除杂、清洗后再进行活化处理,这样混合均匀的产品,如果没有一定的活性炭生产经验,很难分辨清楚。作为水处理用活性炭,在国外一些发达国家也会采取多次重复再生使用,经再生活化处理的活性炭其理化指标除了机械强度低于原生炭,其它指标甚至不比原生炭差,但本人觉得家用净水机尽量避免使用再生活性炭,况且目前国内专业再生的工厂寥寥无几,也不规范。

4、良好的精洗煤和优质的天然煤质破碎炭,如果将规格相近的产品按一定比例掺入到椰壳活性炭当中,作为活性炭的一般用户也同样很难辨别,国内椰壳活性炭生产厂家的椰壳碳化料大部分从东南亚国家进口,其价格大约3500元/吨左右。生产时应品种、规格、指标的不同,活化得率在30%~50%之间,特种产品得率还会更低,从活化料到规格产品的破碎的率80%~85%,比如:椰壳净水活性炭的碘值为1000mg/g,同时要求亚甲基蓝脱色力150mg/g(10ml/0.5g),即便是非酸洗、水洗炭,产品的市场价格应在13000元/吨左右,如果再经过水洗、酸洗价格还会增加。

5、部分净水机厂家的前置滤芯选择煤质破碎炭,我国有世界上公认的优质煤种,其中有能用来生产煤质活性炭的优良原料,大部分分布于山西、宁夏、新疆等地,如果选择用煤质活性炭作为净水机的滤芯用料,由于煤属于矿物质原料,金属氧化物会偏高,甚至有出现重金属超标的可能,所以对原料的选择必须慎重,生产初期就应对原料进行脱硫、脱硝、酸洗除杂等工序处理,煤质颗粒活性炭有的是天然破碎颗粒,有的采用先磨粉、捏和、成型、碳化、活化、再破碎筛分成不同大小颗粒活性炭产品。碘值大于1000mg/g,亚甲基蓝脱色力大于180mg/g(12ml/0.5g),有的指标甚至更高。只要各项指标都能控制在相关国标要求之内,选用煤质颗粒活性炭作为家用机的前置滤芯也未尝不可,由于炭结构的表面官能团较多,在发生化学吸附方面比结构相对稳定的椰壳活性炭炭更有优势。                                                                                                            
再生、回收活性炭简易辨别方法:

由于活性炭产品应用范围较为广泛,如果将农药、医药等化工方面使用过的活性炭经再生后再用在家用净水机滤芯方面是一件十分危险和不负责任的事情,带来的危害是极大的,要坚决杜绝此类事故发生。我们先不论指标的高低,单从外表来看,由于活性炭厂家回收的废炭原料、规格不完全一样,可能混有椰壳炭、杏壳炭、核桃壳炭、桃壳炭或者煤质炭,简易再生后的产品颗粒度不均匀,颗粒的壁厚会有明显差异,其中杏壳炭、核桃壳炭的壁厚较薄,桃壳炭壁厚虽厚但仔细观察局部表面会有桃壳表面特有凹坑,20~40目的小颗粒炭辨别有一定的难度。总体来说,颗粒的差异度较大。如果从颗粒的表面色度来看,经过高温再生的产品表面呈灰暗颜色,颗粒的断面不光亮,细看会细小的炸裂纹。若从外观形状来看再生炭的棱角不分明稍呈圆滑过渡,主要是在使用过程中颗粒间相互摩擦,冲以及过滤过程工业水处理滤罐还会经常正冲、反中颗粒间相互磨损会失去尖尖的棱角,这点特别明显。有的回收炭不经过高温活化处理,只作简单的酸洗、碱洗、水洗,处理过的回收炭中有少量的颗粒表面呈暗黄色,有的还会有少量的石英砂颗粒。所有这些现象都能说明上述活性炭产品不是原生炭,同时,部分再生炭的灰分含量过高,我曾经对一些厂家的回收炭进行指标分析,大部分碘值在600mg/g,灰分含量有的竟然高达15%以上,比普通的煤质炭灰分还高。希望大家在活性炭使用过程中学会鉴别。


总之,作为家用RO净水机活性炭滤芯,首先要对选择的活性炭产品进行指标测试,对制成的成品滤芯同样要进行性能参数测试,有时会出现虽然活性炭指标符合本公司所选定的要求,但在整支滤芯性能参数测试时却会出现有些项目指标不能满足国家相关规定要求,这就势必要求净水机生产企业要调整活性炭的指标,通过反复测试直到滤芯各项性能参数达标。


对于有桶的RO家用净水机,后置活性炭滤芯的主要功能是改善出水口感,抑制细菌滋生。活性炭本身必须纯度要高,首选应是椰壳酸洗炭,有的考虑到抑菌杀菌选用载银椰壳炭。关于家用RO净水机的出水,因它采用的是一级RO反渗透工艺,产出的纯水TDS值约为10mg/l,少数因RO膜的差异也会在5mg/l左右,出水的PH值在6.0~6.5之间,这类水与市场上的一些瓶装水在口感上还存在一定的差异。首先,瓶装水的纯水一般采用二级反渗透生产工艺,出水的TDS值几乎测不出,最后还会作调质处理将PH值调整到8左右,这样的水将更会绵甜爽口。但口感的问题也会因人而异。

     
二、CTO滤芯及活性炭纤维(ACF)复合滤芯

      随着活性炭滤芯技术的不断发展革新,第三级、后置活性炭滤芯或许将被炭棒滤芯取代,这种滤芯生产通常有模压烧结、连续挤出(干法、湿法)制成不同规格的炭棒,再包裹无纺布、套上网格,两端封有端盖。原料可采用煤质或果壳系列,颗粒度大小按要求选配,目前常用粒度规格有:30--60、40--80、80--165、80--200、80--325目等等,也可根据需要进行复配。该种滤芯最大的优势是集吸附、截留过滤于一体化,根据性能需要成型时添加一定的特殊材料又可制成除钙镁离子、铅等重金属、杀菌、抑菌、阻垢等功能性的特种滤芯。生产时可在原料品种、规格配制、粘结剂的选型多加考虑,生产出的滤芯将更加灵活多变。其中过滤精度有0.5um、1um、5um、10um、20um等系列,内外径大小、长度也因需求不同而不同。

        
       关于CTO的生产工艺大家都纠结于是烧结、压缩、挤出,各执一词。笔者经过多次反复的试制试验,也获取过国内许多生产厂家的各种样品进行对比测试,滤芯的综合吸附性能主要还是取决于原料活性炭综合指标的选择,生产工艺的不同、粘结剂的类型也会对制成炭棒表面亲水性有很大的影响,但亲水性的好差并不是考量滤芯性能指标高低的唯一条件,亲水性特好而吸附性能很差的炭棒滤芯也很容易做到。一支性能优良的CTO滤芯,要同时考量它的水通量,余氯去除率、COD去除率、使用寿命,特种滤芯还要考虑某方面的特性。影响CTO滤芯性能参数的因数很多,生产时要多方面着手,精准控制才能生产出真正意义上的净水机合格滤芯。同样,后置炭棒滤芯一定要选用经过认真酸洗、水洗处理过的高品质椰壳活性炭原料,这样对有效改善出水口感会有很大的益处,如果添加抑菌、杀菌性的材料制成的炭棒滤芯将对出水水质提供更可靠的保证。


       近些年,又有滤芯生产厂家把活性炭纤维(ACF)、活性炭(AC)和炭纤维(ACF)复合滤芯引入净水机生产领域,单独活性炭纤维的吸附孔径大部分位于微孔和中孔之间,孔径分布较窄,且分布于炭纤维的表面,孔隙结构简单,分布均匀。由于所有的孔隙直接开口于炭纤维表面,因此,在发生吸附时吸附质到达吸附位的时间相对较短,吸附小分子物质的速度非常快,缺点是到达吸附饱和状态容易脱吸。它的吸附广泛性显得不足,水体中分子直径较大的污染物很难被吸附。而活性炭则不同,它的孔隙分布较宽,有发达的亚微孔、微孔、中孔、大孔,其吸附过程相对于活性炭纤维要长一些,两者的孔隙结构相差很大。现在市场上出现了将高品质的椰壳炭细小颗粒与活性炭纤维加上液体生物粘结剂经过搅拌混合,通过湿法成型制成活性炭加活性炭纤维生产新型的高吸附性能的复合滤芯,两者的有机结合,各自发挥自己的强项使得这种复合滤芯在家用净水机的应用上具有极大的优势。经过反复测试验证效果非常明显,这是一个很好的选择,将来一定会被推广使用。生产时需要注意活性炭纤维和活性炭细小颗粒的最佳配比,控制好压缩强度,否则经过一段时间的使用会出现产水通量的衰减。同样,该滤芯也可添加不同的功能性材料制成特殊性能要求的净水机滤芯产品。


三、净水机滤芯用活性炭的选择

1、前置颗粒炭滤芯

作为前置滤芯用炭,原则上要选择质地优良的产品,像低灰、低硫的煤质炭、各类果壳炭,其中以椰壳活性炭最好,如果避免初次使用产生的黑水量,尽可能选用水洗、酸洗炭,这样制造成本会有上升。具体指标应根据实际状况而定。有的厂家选用国外的品牌产品,但价格十分昂贵,根据企业的实际情况选用。同类型的国外产品在活性炭的后处理工艺上的确要优于国内现有的产品。

2、后置活性炭滤芯

后置活性炭滤芯的主要功能是有效改善出水口感,最好选用碘值较高、经严格酸洗、水洗的优质椰壳活性炭,粒度最好:20--40目。也可选用较好品质椰壳载银炭。

3、CTO滤芯

不论前置还是后置用炭棒滤芯尽量选用椰壳类颗粒原料,有些厂家使用煤质原料,但对重金属超标问题必须引起足够重视,原料的具体指标要根据实际需要合理选用。


综上所述,各类活性炭产品在净水行业的应用相当广泛,我们希望净水机生产厂家能选择性能优良的活性炭产品制成各种滤芯,对所生产的滤芯也应根据各自滤芯的功能、形状,结构大小的需求合理计算选用活性炭理化指标的高低,尽量准确推算出滤芯的使用寿命,力争为广大用户提供合格的净水机活性炭滤芯,也为人类的饮水健康作出贡献!