[发明专利]活性炭及其制造方法

说明书

本发明涉及一种活性炭及其制造方法。

本发明的活性炭在将二氧化钛固着在活性炭颗粒表面上方面是极优异的，由此提供了一种活性炭，其中，在活性炭颗粒的表面上或里面有二氧化钛细颗粒存在而不堵塞活性炭颗粒中的微孔。另外，本发明的活性炭在紫外线或阳光作用下能显著地提高除去水或气体中有害物质的效率，从而可将它有利地用于自来水，污水、废气等的净化处理，臭气去除，和其它目的。

通常，由于活性炭的比表面积大，而具有极好的吸附性并被普通地用于吸附去除水或气体中的有害物质。

最近，由民用或工业废物导致的水、海洋、大气的污染遍及全球。由民用废水包括合成洗涤剂等导致的湖、河的海藻污染，由用于半导体生产厂或洗衣店的有机溶剂导致的地下水和自来水源的污染，和用于高尔夫球场等的农用化学品的流出物导致的水污染是急迫的污染问题的典型实例。

现在，活性污泥法最普遍地用于废水处理，但是该法由于使用了微生物，要对温度，pH、气体气氛，毒性等进行严格的控制。该法的缺点是对于分解去除农用化学品，有机溶剂(包括卤化物)，表面活性剂等几乎是无效的。对于难于生物分解的有机物的处理，有几种有效的方法，如氯处理方法、臭氧处理方法、焚化方法、活性炭吸附方法。氯处理方法涉及的问题是由于氯超过使用量导致有残留氯存在的问题，并且氯可能与待处理水中所含有的有机物反应生成有机卤化物，如三卤甲烷等，而人们知道它具有致癌性。

近来，人们开始关注臭氧处理方法，它在水净化厂和其它类似工厂中作为一种先进的水净化处理方法，但该方法也存在设备和操作成本高的问题。焚化法对稀溶液处理是不实用的。活性炭吸附法是一种很有效的方法，但该方法在吸附去除有机卤化物方面是不尽人意的并且对水中的有害物质不都有效。

活性炭吸附法也用于去除气体，如大气污染物和臭气物中的有害物。通常，要求所设计用于气体中的污染物的吸附技术在蒸汽或二氧化碳的存在下对低浓度气态物有效。活性炭在这样的条件下被用于去除各种有机和无机化合物。用于气相中的活性炭具有较大的比表面积以及小孔径的孔结构，并且对低浓度气体的吸附亲合力较高。此外，由于其疏水表面，活性炭对蒸汽的吸附亲合力较小并且能高效地除去气体中存在的有害气态物质或臭气物，特别是有机化合物。然而，有几种气态物，活性炭对其吸附亲合力较弱，因此活性炭对吸附去除有害物并不是万能的。

另一方面，自从在1969年实现了通过由二氧化钛晶体组成的半导体光电极(Honda-Fujishima效应)利用光能直接分解水以来，在该技术领域中作为一种将光能转变为化学能的有潜力的方法，人们对以二氧化钛为代表的光催化剂进行了许多热心的研究。该反应被称之为光催化反应，它是借助于光而进行的，即使在反应体系中存在催化剂，没有光的作用该反应无法进行。光催化反应与普通催化反应和光化学反应有密切关系，但另一方面它又与那些普通反应有明显区别。普通催化剂的推动力是热，并且催化剂的存在改变了从反应体系到产物体系的转化率。因此，催化剂的作用是控制反应速率直到达到由温度、压力和相关体系的其它条件确定的平衡状态，并且可达到的反应被限制为在热力学上能进行的反应。另一方面，在光化学反应中，光被吸进反应体系中，从而导致反应物电子态和化学键的变化，以致于将反应体系转变成产物体系，结果，能实现热反应，如普通催化反应所不能引起的反应。

另一方面，在光催化反应中，吸收光而呈现电子激发态的催化剂对反应体系起作用，因此仅在催化剂表面上进行反应。催化剂的电子激发态(如在光化学反应的情况下)与只有电子温度过分升高的非平衡状态对应，随后甚至在被认为热力学上不可能进行反应的适中条件下能进行该反应。这就证实了；在普通催化反应中的原理“催化剂不改变化学反应的平衡”是不对的，并且这一事实是光催化反应的特征。

通常，光催化反应包括：(1)光激发步骤，其中半导体吸收光而被激发产生电子空穴对，(2)电荷分离和迁移步骤，其中产生的电子和空穴借助于半导体颗粒的势能梯度和扩散迁移到表面，和(3)表面反应步骤，其中迁移到表面的空穴和电子与吸附在催化剂上的化合物产生电子转移从而导致氧化还原反应。

人们已提出了几种利用活性炭和二氧化钛特性的技术。例如，日本专利申请公开(昭)6-315614公开了一种利用二氧化钛和活性炭的混合物去除污染物的方法。然而日本专利申请公开昭)6-315614公开的方法，因为活性炭和二氧化钛彼此单独存在，所以最大程度地利用二氧化钛的潜力是困难的。利用常规净化设备直接所处的形式也是困难的。