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1. 基本原理

活性炭是一種經過特殊處理的碳材料，具有巨大的比表面積（500~1500 m2/g）和豐富的微孔結構。當污染物質（如有機氣體、異味分子等）通過活性炭時，它們會被吸附在炭表面的孔隙中，從而實現凈化目標。

2. 吸附機制

（1）物理吸附

• 范德華力作用：活性炭表面與污染物分子之間通過弱范德華力結合。

• 孔徑匹配：活性炭的微孔（<2 nm）、中孔（2~50 nm）和大孔（>50 nm）結構對不同大小的分子進行選擇性吸附。

• 特性：可逆過程，吸附量受溫度、壓力影響較大，低溫高壓有利于吸附。

（2）化學吸附

• 表面官能團反應：活性炭經氧化、磺化等改性處理后，表面含氧官能團（-COOH、-OH等）可與特定污染物（如酸性氣體、重金屬離子）發生化學反應。

• 特性：不可逆或部分可逆，吸附選擇性更高。

3. 活性炭吸附過程

1. 擴散：污染物分子從氣流中擴散到活性炭表面。

2. 吸附：分子進入孔隙并被吸附在炭表面。

3. 平衡：吸附速率與脫附速率達到動態平衡（吸附飽和）。

4. 影響吸附效率的關鍵因素

5. 典型應用場景

• VOCs處理：吸附苯、甲苯、甲醛等揮發性有機物（工業廢氣、裝修污染）。

• 除臭：去除硫化氫、氨氣等異味（垃圾處理站、養殖場）。

• 防毒面具：過濾有毒氣體（軍事、化工）。

• 水處理：脫色、去除余氯及有機物（凈水器、污水處理）。

• 空氣凈化：家用/車載空氣凈化器中的除味模塊。

6. 活性炭再生與維護

• 再生方法：

• 熱再生：高溫（100~400℃）加熱釋放吸附物（需專業設備，適用于工業）。

• 蒸汽脫附：用水蒸氣吹掃回收有機溶劑（化工行業）。

• 化學清洗：用酸/堿溶液處理特定污染物（如重金屬吸附后的再生）。

• 更換周期：

• 家用場景通常直接更換（飽和后吸附能力不可逆下降）。

• 工業場景可通過再生延長使用壽命（一般3~5次再生后需更換）。

7. 技術局限性

1. 選擇性差：對非極性分子（如苯）吸附效果優于極性分子（如甲醛）。

2. 濕度敏感：相對濕度>60%時，吸附效率顯著下降。

3. 不適用無機氣體：對CO、NOx、SO2等無機氣體吸附能力弱。

4. 二次污染風險：飽和后可能脫附釋放污染物，需及時更換。

8. 增強型活性炭技術

• 浸漬活性炭：添加化學試劑（如KMnO?、KI）增強對特定氣體（如H2S、汞蒸氣）的吸附。

• 蜂窩活性炭：將活性炭制成蜂窩狀結構，降低風阻，提高處理效率。

• 活性炭纖維：比顆粒炭吸附速度更快，適用于低濃度污染物。