摘要：活性炭性能優(yōu)良，在商用和民用領(lǐng)城的應(yīng)用不斷拓展。隨著工業(yè)發(fā)展，對(duì)活性炭提出一系列特殊要求，活性炭改性研究工作不斷推進(jìn)，專用活性炭、特殊活性炭應(yīng)運(yùn)而生。而傳統(tǒng)活性炭的市場(chǎng)份額不斷被壓縮，大部分產(chǎn)品已經(jīng)被淘汰，為了引導(dǎo)傳統(tǒng)活性炭企業(yè)升級(jí)轉(zhuǎn)型，需要對(duì)活性炭的應(yīng)用進(jìn)行科學(xué)分析，拓展新的應(yīng)用領(lǐng)域。結(jié)合活性炭市場(chǎng)現(xiàn)狀及文獻(xiàn)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，國內(nèi)活性炭的綜合應(yīng)用能力有待加強(qiáng)，以及優(yōu)等活性炭產(chǎn)量不足。因此行業(yè)生產(chǎn)商需要有針對(duì)性的提升活性炭產(chǎn)品性能，開發(fā)傳統(tǒng)活性炭的高價(jià)值應(yīng)用途徑。
近些年對(duì)活性炭的應(yīng)用開發(fā)研究越來越多。活性炭早期用于簡單吸附，后逐漸應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)生活的各個(gè)方面，包括食品、農(nóng)業(yè)、國防等領(lǐng)域。1970年以前，活性炭在國外已經(jīng)應(yīng)用廣泛，但在國內(nèi)的應(yīng)用主要集中于制糖、味精及制藥行業(yè)，后來才用于水處理和環(huán)保等方面；1990年后，活性炭應(yīng)用擴(kuò)大到溶劑回收、食品飲料提純、空氣凈化、脫硫、載體、醫(yī)藥、黃金提取、半導(dǎo)體應(yīng)用等領(lǐng)域。
21世紀(jì)活性炭的應(yīng)用領(lǐng)域繼續(xù)擴(kuò)大，深加工活性炭、活性炭市場(chǎng)需求加大。人們已將活性炭的應(yīng)用從環(huán)保、能源和催化劑擴(kuò)展到儲(chǔ)氣、化工分離、分析傳感器和生物機(jī)體等領(lǐng)域，從而為活性炭的開發(fā)與制備提供了新的增長點(diǎn)。專用炭，如高比表面積炭、高苯炭、纖維炭、脫硫炭等發(fā)展迅速，應(yīng)用已滲透到航天、電子、通訊、能源、生物工程和生命科學(xué)等領(lǐng)域和部門。
1、功能型活性炭
活性炭是國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和國防建設(shè)的重要功能材料。活性炭可用于氣相吸附、液相吸附、電子材料、醫(yī)療等許多方面，并可作為催化劑和催化劑載體。近年來隨著環(huán)保、新能源等行業(yè)的快速發(fā)展，功能型活性炭的市場(chǎng)需求激增。我國活性炭生產(chǎn)企業(yè)眾多，但多是小規(guī)模生產(chǎn)，生產(chǎn)的活性炭科技含量低，傳統(tǒng)企業(yè)需要響應(yīng)市場(chǎng)要求加大研發(fā)投入，提升活性炭品質(zhì)。
1.1氣相吸附應(yīng)用
活性炭氣相吸附應(yīng)用主要包括工業(yè)廢氣的處理和凈化、生活空氣凈化、油氣回收及毒氣防護(hù)等。如除去室內(nèi)空氣污染物，活性炭對(duì)室內(nèi)甲醛氣體具有良好的去除效率。
活性炭廣泛應(yīng)用于煙氣脫硫、脫硝，吸附去除揮發(fā)酚，吸附揮發(fā)性有機(jī)化合物（VOC）及放射性氣體等方面。活性炭也可用于空氣，分離富氧；氫氣/甲烷的儲(chǔ)存；除用于能源氣體的儲(chǔ)存外，美國、德國等發(fā)達(dá)國家還開發(fā)出了基于活性炭的，具有多次再生功能的新型織物，并將之應(yīng)用于許多特殊服裝如飛行服、抗皺內(nèi)衣等的制造。
1.2液相吸附應(yīng)用
活性炭液相吸附的應(yīng)用主要利用活性炭強(qiáng)大的吸附性能，用于工廠包括制藥、化工、水處理、貴金屬回收等。如活性炭用于移動(dòng)式水處理系統(tǒng)、重油的脫色除臭、金屬離子的吸附、制藥過程選擇性吸附，專用活性炭可對(duì)檸檬酸和檸檬酸鈉、檸檬酸鉀溶液脫色。活性炭在環(huán)保上的應(yīng)用不可替代，原因之一是它能有效處理難以生物降解的有機(jī)污染物同時(shí)它對(duì)重金屬離子、氰化物等有較好的去除效果，但較少單獨(dú)應(yīng)用活性炭處理含氰廢水。活性炭常用于大規(guī)模活性余氯脫除工藝，目前國內(nèi)只對(duì)自來水廠和城市污水處理廠加氯處理后的水質(zhì)進(jìn)行了脫除活性余氯研究和工程應(yīng)用。
1.3活性炭在食品醫(yī)藥領(lǐng)域的應(yīng)用
1.3.1食品領(lǐng)域應(yīng)用
活性炭早期的應(yīng)用就涉及到食品領(lǐng)域的制糖，后來逐漸用于對(duì)甜味劑、調(diào)味品、油脂及飲料去除雜質(zhì)、去除色素及膠質(zhì)以實(shí)現(xiàn)脫色精制，提升食品口感及衛(wèi)生狀況。如采用活性炭處理可明顯的改善普通食用酒精的品質(zhì)，采用活性炭分離純化氨基酸，處理玉米多肽脫苦、脫色有明顯作用。
1.3.2制藥工業(yè)應(yīng)用
活性炭在制藥工業(yè)上的應(yīng)用由來已久，所有以人工合成和生物制藥的方式制備的原料藥均需要進(jìn)行脫色精制，尤其是西藥，而現(xiàn)階段脫色材料的選擇是活性炭。在這個(gè)過程中活性炭的主要作用是去除雜質(zhì)、色素和熱原等。近些年活性炭在醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用得到了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，日前歐美國家在藥用活性炭方面開展的工作較多。活性炭作為功能性緩釋劑能延長游離藥物功效時(shí)間，達(dá)到降低病人服藥頻率、提高藥物利用率的目的。一般在配制紫杉醇注射液時(shí)，為了提高注射液的澄明度、吸附熱原等，常常加入一定量的活性炭。
1.3.3臨床醫(yī)療應(yīng)用
活性炭在臨床醫(yī)療上應(yīng)用廣泛。活性炭是應(yīng)對(duì)食物中毒等緊急情況的有效口服藥，活性炭常用于治療酒醉及皮膚快速止血尤其對(duì)發(fā)炎的潰瘍和化膿的傷口，能去除臭氣、止痛，而且能加快傷口痊愈。活性炭可用于凈化血液，包括血液灌流、血液透析等。活性炭對(duì)于治療癌癥也有相當(dāng)?shù)寞熜В诿绹钚蕴恳褢?yīng)用于乳腺癌、胃癌、食道癌及直腸癌等惡性腫瘤的手術(shù)和介入治療。生物活性炭結(jié)合了一般活性炭與其上固定微生物的協(xié)同作用，至今仍處于研究中，現(xiàn)階段主要是應(yīng)用技術(shù)和工程化開發(fā)。
1.4作為催化劑及載體的應(yīng)用
活性炭本身具有催化活性，其作為催化劑在煙道氣脫硫、光氣氧化、氯化二氰合成、臭氧分解及電池中氧的去極化等氧化還原反應(yīng)中廣泛應(yīng)用。活性炭還是催化劑載體的優(yōu)選之一，尤其是在光催化劑負(fù)載領(lǐng)域，通過活性炭負(fù)載光催化劑并將之用于有機(jī)廢氣的降解將是今后發(fā)展的重要方向。
1.5作為儲(chǔ)能材料的應(yīng)用
活性炭在電池和電能貯存方面的應(yīng)用已有200多年的歷史，1802年碳材料就成為電池的電極材料，1930年活性炭電極電池就已制作完成，活性炭電極被應(yīng)用于雙電層電容器、活性炭—空氣電池、鋰離子二次電池等。
1.6活性炭特殊應(yīng)用
活性炭的特殊應(yīng)用開發(fā)可能給我們的生活帶來巨大改變：
①金屬的精選，如利用活性炭、Al（OH）3和Fe（OH）3混和物共沉淀法可將金屬鈾從海水中分離出來；
②香煙和煙斗的過濾器，如活性炭空調(diào)濾清器；
③高真空技術(shù)中用來吸附痕量殘余氣體；
④溫度控制，用來制吸附恒溫器和獲取超低溫；
⑤化學(xué)毒劑防護(hù)領(lǐng)域中防護(hù)器材裝填材料研究與使用的主要材料；
⑥活性炭測(cè)氯法可以作為探測(cè)淺埋深煤層火區(qū)范圍的有效手段；
⑦環(huán)境保護(hù)。為防止汽油揮發(fā)，發(fā)達(dá)國家汽車上一般要安裝活性炭炭罐，溶劑回收活性炭也是目前國際市場(chǎng)上暢銷的活性炭產(chǎn)品，售價(jià)較高。
2、活性炭改性
工業(yè)發(fā)展對(duì)活性炭的吸附容量及催化活性等要求提高，常規(guī)活性炭已不能滿足各個(gè)領(lǐng)域的特殊要求，特殊活性炭應(yīng)運(yùn)而生。
特殊活性炭因具有巨大的比表面積和優(yōu)異的吸附性能，被廣泛用于燃料氣的吸附存儲(chǔ)、氣體分離、催化劑載體、電容器的電極材料等方面。在許多應(yīng)用方面還出現(xiàn)了專用活性炭，如適合于除去氣體或廢氣中烷基硫化物的涂鎳活性炭、檸檬酸專用活性炭等。雖然特殊活性碳優(yōu)勢(shì)明顯但應(yīng)用短板是研究不充分，特別是在制備和使用過程中仍存在一些不足有待進(jìn)一步研究改進(jìn)。
活性炭改性就是調(diào)節(jié)其吸附性能、吸附容量、催化活性等屬性以滿足特定的工況應(yīng)用條件。對(duì)于活性炭吸附性能的改性目前主要集中于兩個(gè)方面，一是開發(fā)具有特殊性能的活性炭，如活性炭纖維和木質(zhì)活性炭，二是對(duì)活性炭進(jìn)行改性，調(diào)整活性炭孔隙結(jié)構(gòu)，提高對(duì)特定吸附質(zhì)的吸附能力或脫附能力。
活性炭纖維（ACF）是第三代活性炭產(chǎn)品，它可制成任意形狀的制品，能脫色脫臭，適用于溶劑回收裝置、凈水器、除臭氧過濾器、防毒口罩、醫(yī)用包扎繃帶、香煙過濾嘴、貴金屬回收裝置等。ACF主要應(yīng)用在處理含微污染的原水和較低濃度的廢水，限制其廣泛應(yīng)用的主要的原因之一是價(jià)格較高則。
3、結(jié)論
同發(fā)達(dá)國家相比，我國活性炭產(chǎn)品的科技含量低，主要產(chǎn)品是中低端活性炭，大量高質(zhì)量的活性炭依賴進(jìn)口。現(xiàn)在國內(nèi)市場(chǎng)對(duì)活性炭的需求量還在增長，傳統(tǒng)活性炭生產(chǎn)企業(yè)的出路是提高生產(chǎn)力，提升產(chǎn)品質(zhì)量。因此需要研究各種活化和處理方法及其與活性炭產(chǎn)品性質(zhì)和性能的關(guān)系，開發(fā)新一代活性炭吸附劑和催化劑。開發(fā)活性炭的高價(jià)值利用方法，如研究其對(duì)天然氣等有機(jī)資源儲(chǔ)存原理和應(yīng)用可能性，將開辟活性炭更廣闊的應(yīng)用前景。活性炭的研制應(yīng)著眼于應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)大，所以有針對(duì)性地研制具有特殊吸附性能的活性炭成為重要的研究方向之一，而在活性炭應(yīng)用方面，根據(jù)吸附質(zhì)的特征采用合適的活性炭及低成本制備方法是提高活性炭工業(yè)應(yīng)用優(yōu)勢(shì)的有效途徑。