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活性炭有大量的小孔洞,能吸附一些可溶性的膠體和大分子有機物,在一定程度上凈化水質(zhì),但不能除去所有雜質(zhì),如鹽等離子就不能除去
活性炭是一種黑色粉狀,粒狀或丸狀或無定形具有多孔的碳。主要成分為碳,還含少量氧、氫、硫、氮、氯。其主要有木材、果殼、煤等經(jīng)過高溫活化而成。碳元素是自然界穩(wěn)定的元素,活性炭亦有這一特點?;钚蕴績?nèi)孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)達,具有較大的表面積(500~1000米2/克),甚至更高,有很強的物理吸附性能,能吸附氣體、液體或膠態(tài)固體;對于氣體、液體,吸附物質(zhì)的質(zhì)量可接近于活性炭本身的質(zhì)量。其吸附作用具有選擇性,非極性物質(zhì)比極性物質(zhì)更易于吸附。在同一系列物質(zhì)中,沸點越高的物質(zhì)越容易被吸附,壓強越大、溫度越低、濃度越大,吸附量越大。反之,減壓、升溫有利于氣體的解吸。
活性炭常用于氣體的吸附、分離和提純、溶劑的回收,糖液、油脂、甘油、的脫色劑,飲用水及冰箱的除臭劑,防毒面具中的濾毒劑、空氣凈化,還可用作催化劑或金屬鹽催化劑的載體等。
(一)碳化硅的合成和用途
碳化硅的合成是在一種特殊的電阻爐中進行的,這個爐子實際上就只是一根石墨電阻發(fā)熱體,它是用石墨顆?;蛱剂6逊e成柱狀而成的。這根發(fā)熱體放在中間,上述原料按硅石52%~54%,焦炭35%,木屑11%,工業(yè)鹽1.5%~4%的比例均勻混合,緊密地充填在石墨發(fā)熱體的四周。當(dāng)通電加熱后,混合物就進行化學(xué)反應(yīng),生成碳化硅。其反應(yīng)式為:
SiO2 3C→SiC 2CO↑
反應(yīng)的開始溫度約在1400℃,產(chǎn)物為低溫型的β-SiC,基結(jié)晶非常細小,它可以穩(wěn)定到2100℃,此后慢慢向高溫型的α-SiC轉(zhuǎn)化。α-SiC可以穩(wěn)定到2400℃而不發(fā)生顯著的分解,至2600℃以上時升華分解,揮發(fā)出硅蒸氣,殘留下石墨。所以一般選擇反應(yīng)的終溫度為1900~2200℃。反應(yīng)合成的產(chǎn)物為塊狀結(jié)晶聚合體,需粉碎成不同粒度的顆?;蚍哿?,同時除去其中的雜質(zhì)。
一般來說,碳化硅耐火材料具有多方面的優(yōu)良性能,例如,在比較寬的溫度范圍內(nèi)具有高的強度、高的抗熱震性、優(yōu)良的耐磨性能、高的熱導(dǎo)率、耐化學(xué)腐蝕性等。不過,也應(yīng)看到,它的弱點是能力差,由此而造成高溫積脹大、變形等降低了使用壽命。
為了提高碳化硅耐火材料的性能,在結(jié)合劑方面做了不少的選擇工作。使用粘土(包括氧化物)結(jié)合,但并未能起到保護作用,碳化硅顆粒仍然受到氧化和侵蝕。50年代末,選擇用氮化硅(Si3N4)結(jié)合,作為碳化硅耐火材料的改進產(chǎn)品,確實具有很好的性(見圖1),且無顯著的膨脹現(xiàn)象。但是價格較貴;加之在反復(fù)加熱冷卻時有突然破壞的可能;而氮化硅本身的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)帶有滲透性,不能從根本上保護碳化硅不被氧化。60年代初,又出現(xiàn)了用氧氮化硅(Si2ON2)結(jié)合的碳化硅耐火材料,比之氮化硅結(jié)合具有更好的性能,因為氧氮化硅粘附于碳化硅表面的氧化硅薄膜,并與其反應(yīng)形成和碳化硅牢固結(jié)合的連續(xù)保護膜。同時,這種材料的價格適當(dāng),相當(dāng)于用氧化物結(jié)合的碳化硅材料。