【杂志连载】 细说活性炭(二)

奇溢自然水族 2020-04-07 13:08:08
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接上回:

细说活性炭(一)


椰子就是一个不错的例子。

这种材料的普遍化可能是市场销售手法强过于科学理论的促成。

椰子碳的问题在于其碘值虽然很优良,可是糖蜜值却出奇的低。




泥煤和褐煤的问题则颠倒。

它们的糖蜜值很好,但碘值很低,此外,硬度不够以及密度太小也是缺点。

硬度较大的碳的吸附力较佳,而且比较不会碎裂成小粒,以致破坏水族过滤器的帮辅系统。




碳的孔洞内部表面积是以孔径来判断,通常是以碘值和糖蜜值来表示。

碘值是用于描述小孔的数量,而大孔洞和中间型孔洞的多寡则以糖蜜值表示。




关于孔洞大小的归类存在着争议,在此,笔者是以活性碳的美国材料与测量标准(ASTM)所做的分类为依据。

小孔洞是指小于四十埃的孔径,而大孔径则是指那些超过五千埃的。

中间型孔洞是介于四十至五千埃的(一万埃相当于一微米,大约是0.09906公分,因此这些是很小的东西!)




        孔径大小是非常重要的。

        活性碳在吸附水中溶解性有机物的首要步骤,就是使这些溶解性有机物暴露于由孔洞所组成的网面,使之接触全部的内部表面。

        如果我们的目标污染物没有办法填入孔内,那么就表示这些孔洞结构不是很有效果。

        这是很具逻辑性的概念,可是不巧的是爱鱼者有时候似乎忘了逻辑的存在。




气相和液相碳的孔径分布。如前所描述的,单宁是属于大的分子。

因此,有效地除去单宁必须使用具有较多大孔径的活性碳。

例如,虽然椰子碳可能拥有较大的内部面积,可是它们几乎都是属于小孔径的,这对于液相的单宁酸而言,是太小而无法进入的。

因此,椰子壳碳无法有效地清洁水族箱内的水质颜色(单宁)。




粒状活性炭的制造方法
 

不论基本材料为何或制造商是谁,活性碳的制造基本上具有二个步骤的制造过程。

第一步是碳化。主要的基本原料先被打成粉末,再加入一些固形剂,之后这些碳就经过压缩成块状固体。

这些固体再被粉碎成小型的颗粒,并且在无氧的空气状态下,以大约480℃的高温加热。

这样的高温能够烧掉在原始基本原料中占有相当份量的挥发性物质。




在这个阶段的产物被归类为低等级的木炭,并不具太好的活性。

这些木炭会再经过约1100℃蒸气的低氧加热。

这个过程烧掉木炭的一些部分,同时也使之产生令人惊讶的内部孔洞网路,使得碳的表面积大幅增加。




而这时是制造者必须注意之处,烧掉太多碳会降低产品的硬度而造成使用时易破碎。

但是如果木炭烧得不够的话,其活化程度会减少而被列入次级的产品中。

可说是一种复杂的手续。

对于某些纤维含量较高的原料而言,以强酸来取代加热的化学活化也是可以的。




在活化的过程后所得到的产物具有很多孔洞,表面积因而增加地相当大,而且水分含量也极少(少于2%)。
 
有些碳标榜着浸泡处理或水洗处理,其实这只是添加了包装的重量而已。

当碳浸于水中,它能吸收水份而使水份占其重量的百分之六十。

由于产品在搬运过程中会有磨损而产生一些影响,因此我们在加过滤装置之前,应该先用水淋洗一下。




那么磷酸会造成问题吗?之前提到过,有些碳是以盐酸或磷酸来活化的。

当碳以磷酸活化造成磷酸流入水中的情形发生时,这其实并没有什么毒害,而且也是暂时的现象。

甚至有些木炭泥煤和椰子碳也会自然地流出磷酸。




此外,使用无磷酸的活性碳并不代表鱼缸的水中就不含磷酸,因为正常的生物体腐败过程就会产生磷酸。

在活化之后,碳以颗粒大小分等级。

两种水族玩家最常使用的大小是六至十以及八至三十。

这些数字是从分级网的网目标准大小而来的。




网目数字愈高表示碳的颗粒愈小。

因此,六至十是相当大的,而且这个范围是比较严格(少数小于2公厘或小于3.5公厘。)

而八至三十是比较小而范围较大的。




然而颗粒的大小并不代表活化的程度。

大多数爱鱼者看到二种不同颗粒大小的活性碳又被问及何者活性较佳时,通常会选择颗粒较小者。

这种想法其实是错误的活性碳最主要的特点应该是在于其内部的孔洞构造,这是其外部表面积的数倍之大呢!

因此,颗粒大小与总效率并无相关性。




颗粒较小的活性碳比颗粒大的清除速度可能会快一些,但是它们无法在一段长时间一直吸附溶解性有机化合物。

颗粒小的的活性炭另外还会更快地凝聚在一起,造成过滤系统的内压增大而阻碍水的流动。 




水族爱好者常问到的一个问题是,这些碳是不是可以再活化。

用过的活性碳(指那些活化的结合部位大多或全部被占用者)是可以再活化至原来吸附力的几个百分比,可是它们必须再经上述的原始处理过程。




除非,你具备压氧高温的加热炉,否则还是把这些用过的活性碳换掉会来得便宜些。

此外这些用过的活性碳是有利于庭院土质的添加物,因此若是无法再用于清洁水质的活性碳,是可以做此利用的。


未完
待续
敬请期待


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