摘要：活性炭因其特殊的結(jié)構(gòu)而具有無可比擬的吸附性能，活性炭在催化劑的制備中成為了除納米碳管、納米碳薄片以及各種各樣的金屬氧化物、非金屬氧化物等之外的常見鉑、鈀貴金屬載體。充分利用活性炭的物理和化學(xué)的兩種吸附特性可以在化學(xué)制藥的產(chǎn)品廢水處理環(huán)節(jié)、凈化制藥用水環(huán)節(jié)、除熱降溫環(huán)節(jié)、催化反應(yīng)加快反應(yīng)速率環(huán)節(jié)取得良好的效果。
化學(xué)制藥產(chǎn)業(yè)大規(guī)模生產(chǎn)往往與實驗室化學(xué)反應(yīng)制備產(chǎn)物不同，具有工藝復(fù)雜、原材料純度要求高、廢水廢氣和固廢物嚴(yán)禁直接排放的特點。活性炭因其特殊的結(jié)構(gòu)而具有無可比擬的吸附性能，而在化學(xué)制藥產(chǎn)業(yè)的多個環(huán)節(jié)得到了應(yīng)用，例如廢水中銘離子的去除、生產(chǎn)用水的凈化以及去熱降熱等。本文將在介紹活性炭良好的吸附性能和脫色性能的基礎(chǔ)上對活性炭在各個環(huán)節(jié)的應(yīng)用進(jìn)行探討。
1 活性炭吸附性能和脫色性能
1.1 活性炭的特殊結(jié)構(gòu)決定其優(yōu)良的吸附性能
物理微觀結(jié)構(gòu)上，不規(guī)則的石墨碳原子晶粒排列而成活性炭。活化后的活性炭孔隙的容積可以高達(dá)0.15~0.9，電鏡觀察活性炭的微觀結(jié)構(gòu)可以發(fā)現(xiàn)1g活性炭的孔隙的數(shù)量在一千個左右，甚至高達(dá)1500個。高空隙率決定了高表面積，優(yōu)良的活性炭的孔隙全部表面積有500~1500m2/g。而且，90%的表面積是在活性炭內(nèi)部的空隙中而非是活性炭的外層，這樣的特殊結(jié)構(gòu)使得實際應(yīng)用中相對較大的分子只能在活性炭外部而相對的小分子則可以進(jìn)入活性炭的空隙中，小分子包括氣態(tài)和液態(tài)的分子。這種只允許小分子進(jìn)入而將大分子阻擋在活性炭外部的功能就是活性炭優(yōu)良的物理吸附性。這種吸附特性廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代家庭的日常生活和各種工業(yè)制藥業(yè)中。
1.2 活性炭優(yōu)良的脫色性能
活性炭的脫色吸附性能在于能夠?qū)⒋嬖谥S遷行為能量變化的分子吸附到小空隙結(jié)構(gòu)中。分子的躍遷行為導(dǎo)致分子的電子層的能量發(fā)生變化，能量變化又以波長的形式釋放出來，不同波長的能量從宏觀上就表現(xiàn)為不同顏色。活性炭將這些活躍的分子吸附到小空隙后，分子電子層躍遷行為消失，從而限制了電子層波方式的能量釋放，達(dá)到了脫色效果。活性炭優(yōu)良的脫色性能廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代家庭的日常生活和和包括了服裝紡織業(yè)、造紙業(yè)、工業(yè)原料生產(chǎn)各種工業(yè)制藥業(yè)中。甘蔗是生產(chǎn)制造白砂糖的主要原料，在這一過程中對點糖的脫色就是通過活性炭進(jìn)行的，利用活性炭將生長出來的蔗糖的各種有色雜志進(jìn)行吸附脫色，就可以得到干凈純白的點糖。在化學(xué)制藥領(lǐng)域，活性炭優(yōu)良脫色性能同樣應(yīng)用廣泛，對原材料、中間產(chǎn)物、附加產(chǎn)物及廢水廢料的脫色等，均可以看到活性炭應(yīng)用的身影。
2 化學(xué)制藥各環(huán)節(jié)中對活性炭的應(yīng)用
2.1 活性炭處理制藥廢水處理中應(yīng)用活性炭去除鉻離子
因生產(chǎn)工藝的需求，化學(xué)制藥過程產(chǎn)生的廢水中，常存在高濃度毒性很強的鉻離子，鉻離子如果不經(jīng)處理直接排到自然界中，容易被動植物吸收，通過新陳代謝通過食物鏈在人體內(nèi)富集網(wǎng)。實踐中化學(xué)制藥工廠常利用鐵屑與活性炭相結(jié)合的電解方法處理廢水中的鉻離子，效果明顯，效率較高。鐵屑與活性炭產(chǎn)生的鐵離子溶于水中作為一種強還原劑與工業(yè)廢水中的鉻離子發(fā)生氧化還原反應(yīng)，氧化還原反應(yīng)又消耗了水中的氫原子，剩余大量氫氧根，氫氧根又與鐵離子進(jìn)一步反應(yīng)形成三氫氧化鐵或者二氫氧化鐵，這兩種產(chǎn)物都是絮狀物且微溶于水，絮狀物在水中同樣有良好的化學(xué)吸附性能，與活性炭相輔相成，進(jìn)一步提高了鉻離子的吸附凈化效率，將鉻離子氧化還原并吸附過濾后，化學(xué)制藥產(chǎn)生的廢水中不再存在鉻污染物，將有效減少對自然環(huán)境和生存環(huán)境的影響。
2.2 化學(xué)制藥生產(chǎn)用水中活性炭凈化吸附功能的應(yīng)用
化學(xué)制藥工藝中，制藥生產(chǎn)用水的潔凈無污染程度直接決定了后期產(chǎn)品的合格程度和藥品產(chǎn)品質(zhì)量。為化學(xué)制藥生產(chǎn)用水中活性炭凈化吸附功能的應(yīng)用，有效的保證了生產(chǎn)工藝對生產(chǎn)用水的潔凈要求。有報道顯示，在各種活性炭產(chǎn)品中，生物活性炭在化學(xué)制藥生產(chǎn)用水的凈化領(lǐng)域應(yīng)用效果為優(yōu)良。生物活性炭在這一環(huán)節(jié)中主要有以下幾種作用：活性炭憑借其特有的表面結(jié)構(gòu)為水中雜質(zhì)提供了很好的“棲息場所”,使其不僅有很強的吸附性能，同時具有氧化還原性能，對溶解度小，親水性差的有機苯類化合物具有較強的吸附能力。同時，實現(xiàn)了平均孔徑相對固定的條件下對活性炭中孔率在較大范圍內(nèi)進(jìn)行有序調(diào)控，以達(dá)到考察活性炭孔隙結(jié)構(gòu)對重金屬離子吸附影響的目的。
3 結(jié)語及展望
活性炭制備技術(shù)成熟，活性炭產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，性能良好，應(yīng)用領(lǐng)域逐漸擴(kuò)大。從1970年代僅限于制糖。制藥工業(yè)到1980年代的污水處理等環(huán)保行業(yè)，再到1990年代的化工溶劑回收再利用、黃金提取。多孔陶瓷催化劑載體等等。21 世紀(jì)初又新發(fā)展處了二氧化碳吸附捕獲，隨著人類社會的進(jìn)步和對環(huán)境的日益重視，活性炭在這個水資源緊缺、污染嚴(yán)重的當(dāng)下市場錢景必定愈發(fā)廣闊。
活性炭的優(yōu)良的多空隙和高表面積的物理結(jié)構(gòu)特性，決定了活性炭具有良好的物理和化學(xué)吸附性能，在化學(xué)制藥行業(yè)的各個生產(chǎn)環(huán)節(jié)應(yīng)用廣泛。活性炭與鐵屑在廢水中鉻離子的去除以及生物活性炭在生產(chǎn)用水的凈化方面都較好的體現(xiàn)了活性炭在化學(xué)制藥過程中的應(yīng)用，更加科學(xué)地認(rèn)識到活性炭的結(jié)構(gòu)特點和作用領(lǐng)域，推廣活性炭技術(shù)在化學(xué)制藥工藝中的運用，能夠提高生產(chǎn)效率、保證產(chǎn)品質(zhì)量，減少環(huán)境污染、發(fā)展綠色化學(xué)。