一般認(rèn)為,活性炭是一種擁有發(fā)達(dá)孔結(jié)構(gòu)和較大表面積的無定型炭材料。在加工過程中,非炭的雜質(zhì)被去除,表面呈氧化態(tài)。雖然現(xiàn)在活性炭的使用被認(rèn)為是理所當(dāng)然的,但是它從產(chǎn)生到被廣泛認(rèn)可還是經(jīng)歷了很長時間。
一方面,現(xiàn)代的活性炭技術(shù)應(yīng)用時間并不長;而另一方面,人類使用活性炭的歷史可追溯到遠(yuǎn)古時期。最早使用活性炭的人是記載于公元前3750年的埃及人和蘇美爾人,當(dāng)時人們使用木炭作為青銅冶煉的還原劑、炊事燃料和藥材。公元1550年前,埃及的紙莎草紙首次記載了人們用木炭來吸附去除腐爛木頭產(chǎn)生的異味。古希臘人把木炭當(dāng)作緩解食物中毒的藥物。木炭吸附了細(xì)菌釋放的毒素,從而減輕了細(xì)菌對人體的毒害。
公元450年前的印度史料記載,人們使用砂和木炭來過濾凈化飲用水。對腓尼基商船殘骸的考古研究表明,當(dāng)時人們已經(jīng)使用炭化過的木桶來裝水以保持飲用水的清潔。在希波克拉底(希臘名醫(yī),公元前460~公元前370年)時代和老普林尼(公元23~79年)時代,木炭已作藥用。公元前157年,木質(zhì)和骨質(zhì)的炭被作為藥材治病。公元200年,一篇關(guān)于處理水的梵文文獻(xiàn)提到,推薦將存放在銅質(zhì)水桶中的水先用煤過濾然后再日光曝曬,這可能是目前為止關(guān)于水消毒方法最早的文獻(xiàn)了
在15世紀(jì)的哥倫布時代,水手們發(fā)現(xiàn)將木桶內(nèi)壁用火燒黑再裝水,水質(zhì)會保持更久。在那個時代,人們的這些做法主要來自于經(jīng)驗,并沒有任何關(guān)于原理的探討。炭吸附理論直到18世紀(jì)之后才逐漸被人類所認(rèn)識。
18世紀(jì),人們用木頭和獸骨制炭,并將其用于液體處理。Scheele于1773年在氣體處理過程中發(fā)現(xiàn)了木炭的獨特吸附作用。1786年,Lowitz進(jìn)行了液體脫色實驗,首次對木炭的液相吸附脫色能力進(jìn)行了系統(tǒng)考察。當(dāng)時制糖工業(yè)正在尋找一種更為有效的糖漿脫色方法,但木炭的孔不夠發(fā)達(dá),不能滿足糖脫色的需求。1794年,一家英國制糖公司找到了一種可以滿足糖脫色的制炭方法。這種方法一直被嚴(yán)格保密直到1812年申報了專利。1805年開始,法國的大型制糖工廠開始使用木炭脫色,到1808年歐洲所有的糖脫色都使用木炭。
1811年,人們發(fā)現(xiàn)骨炭用于糖漿脫色效果比木炭更好。因此,在制糖工業(yè)上人們紛紛轉(zhuǎn)向骨炭。1817年eph de Cavaillon申請了一份關(guān)于骨炭再生的專利,但是后來證明這個方法效果并不盡如人意,1822年Bussy發(fā)現(xiàn)脫色效果受到炭原料、熱加工方法和產(chǎn)品最終粒徑的影響,這是關(guān)于活性炭熱加工法和化學(xué)法生產(chǎn)工藝的最早記錄,再后來的19世紀(jì),Schatten系統(tǒng)研究了骨炭的制備和再生,Stenhouse 開展了使用木炭進(jìn)行下水道除臭的研究工作。
1862年,Lipscombe制備了一種處理自來水的炭,這個工作開啟了活性炭的大規(guī)模應(yīng)用,先是用于自來水處理,然后逐步拓展到廢水處理。1865年,Hunter 發(fā)現(xiàn)椰売炭對氣體有良好的去除作用,1881年,Kayser在描述炭對氣體的去除作用中首次正式提出了“吸附”這個概念。
活性炭的工業(yè)化生產(chǎn)始于20世紀(jì)初,當(dāng)時主要集中在歐洲。當(dāng)時粉末活性炭主要用于化學(xué)和食品工業(yè)。這些化學(xué)活化過程主要使用氯化鋅和磷酸作為活化劑美國的活性炭生產(chǎn)差不多與歐洲同步。最早的活性炭是用蘇打生產(chǎn)過程的廢棄物黑灰為原料制備的,而且非常傳奇的是據(jù)說黑灰這一較好的液相脫色性能是偶然被發(fā)現(xiàn)的。美國活性炭的商業(yè)化生產(chǎn)始于1913年。粉炭最早于1923年被芝加哥的肉類包裝商用于異味處理。
第一次世界大戰(zhàn)中毒氣武器的使用促進(jìn)了顆粒活性炭的發(fā)展和大規(guī)模生產(chǎn)。防毒面具中大量地使用顆粒炭。隨后,顆粒炭應(yīng)用拓展到水處理、溶劑回收和氣體凈化。第一次世界大戰(zhàn)后,歐洲開始嘗試使用新的原料來生產(chǎn)活性炭,如椰殼、杏殼,并取得了長足的發(fā)展。人們使用氯化鋅活化生產(chǎn)出了具有較高強度和吸附性能的氣相用炭。隨后的1935~1940年,人們使用木屑壓塊制成了用于溶劑回收和苯吸附的氯化鋅活化炭。在現(xiàn)代工業(yè)化生產(chǎn)中氯化鋅基本已被磷酸代替。
新發(fā)展期(1950~1975年)。第二次世界大戰(zhàn)后,話性炭工業(yè)的主導(dǎo)權(quán)已從歐洲轉(zhuǎn)到美國,為保護環(huán)境和節(jié)省能源,活性炭用途已擴大到空氣凈化、廢水處理、香煙濾嘴等方面。原料轉(zhuǎn)向煤、石油。多層耙式爐、流動床爐等氣體活化法逐步擴大,藥品(氯化鋅)活化法逐漸減少,再生技術(shù)提上日程,進(jìn)入現(xiàn)代化工業(yè)水平.這時在美國活性炭的應(yīng)用已遍及17個行業(yè),如自來水、工業(yè)用水凈化,氣體凈化、分離,溶劑回收,制糖等。
目前,美國是世界上最大的活性炭生產(chǎn)和使用國,年產(chǎn)量約16萬t。其次是俄羅斯約8萬t。日本隨著工業(yè)的崛起,活性炭工業(yè)發(fā)展也很快,粉狀炭從1950年的2000t增長到1970年的2萬t,粒狀炭從零增長到1.5萬t,現(xiàn)達(dá)到6萬余t。產(chǎn)活性炭的其他國家還有:荷蘭(3萬t)、德國(2萬t)、法國(1.5萬t)、意大利、南斯拉夫等。世界年總產(chǎn)量約70萬t,貿(mào)易量約15萬1。當(dāng)前的趨勢是:原料向價廉且能大量供給的如煤、石油瀝青、紙漿廢液方向發(fā)展;設(shè)備向大型連續(xù)、自動化方向發(fā)展,科研開發(fā)深入,新技術(shù)、新產(chǎn)品不斷出現(xiàn)。