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活性炭是由木质、煤质和石油焦等含碳的原料经热解、活化加工制备而成,具有发达的孔隙结构、较大的比表面积和丰富的表面化学基团,特吸附能力较强的炭材料的统称。
通常为粉状或粒状具有很强吸附能力的多孔无定形炭。由固态碳质物(如煤、木料、硬果壳、果核、树脂等)在隔绝空气条件下经600~900℃高温炭化,然后在400~900℃条件下用空气、、水蒸气或三者的混合气体进行氧化活化后获得。
炭化使碳以外的物质挥发,氧化活化可进一步去掉残留的挥发物质,产生新的和扩大原有的孔隙,改善微孔结构,增加活性。低温(400℃)活化的炭称L-炭,高温(900℃)活化的炭称H-炭。H-炭在惰性气氛中冷却,否则会转变为L-炭。活性炭的吸附性能与氧化活化时气体的化学性质及其浓度、活化温度、活化程度、活性炭中无机物组成及其含量等因素有关,主要取决于活化气体性质及活化温度。
食品行业果壳活性炭
蔗糖精炼可以使用果壳活性炭,可以用在将蔗糖浆结晶成白砂糖前的脱色。果壳活性炭一方面可以吸附来自于甘蔗中的植物色素,也可以吸附生产过程产生的颜色(例如类黑素和焦糖)。粉末活性炭可用于大规模生产,然后热再生。颗粒活性炭的应用比较灵活,可以用于处理蔗糖原材料因来自不同产地从而质量参差不齐以及精练工艺为此调整的条件下。
甘油
果壳活性炭用于净化甘油,这种甘油来自于食用油和脂肪或者生物的高压裂解和醋转移。精炼甘油用作食品添加剂,以防止食品的干裂,或者防止由于干裂造成的食品品相改变。这个特性会改善食品的柔软度和糕点糖果的咀嚼性。粉末活性炭用于从甘油中除去杂质,例如有色物质和一些引起异昧的物质。
生物化学食品
果壳活性炭和椰壳活性炭可以吸附糖浆色素,这些色素的来源是柠檬酸、和其它的生化食品。粉末活性炭也可以用于在发酵过程中提高生物化学的转换效率。
活性炭再生,是指用物理或化学方法在不破坏其原有结构的前提下,去除吸附于活性炭微孔的吸附质,恢复其吸附性能的过程。活性炭吸附过程中,对吸附质和溶剂都有吸附作用,因亲和力的不同,经过一定时间的吸附,达到吸附平衡。活性炭再生就是要采取办法破坏这种平衡关系,其依据主要为以下几个方面:
①、改变吸附质的化学性质;
②、用对吸附质亲和力强的溶剂萃取;
③、用对活性炭亲和力比吸附质大的物质把吸附质置换出来,然后再使置换物质脱附,活性炭得到再生;
④、用外部加热、升高温度的办法改变平衡条件;
⑤、用降低溶剂中溶质浓度(或压力)的方法再生;
⑥、使吸附物(物)分解或氧化而除去。
活性炭是由石墨微晶、单一平面网状碳和无定形碳三部分组成,其中石墨微晶是构成活性炭的主体部分。活性炭的微晶结构不同于石墨的微晶结构,其微晶结构的层间距在0.34~0.35nm之间,间隙大。即使温度高达2000 ℃以上也难以转化为石墨,这种微晶结构称为非石墨微晶,绝大部分活性炭属于非石墨结构。石墨型结构的微晶排列较有规则,可经处理后转化为石墨。非石墨状微晶结构使活性炭具有发达的孔隙结构,其孔隙结构可由孔径分布表征。活性炭的孔径分布范围很宽,从小于1nm到数千nm。有学者提出将活性炭的孔径分为三类:孔径小于2nm为微孔,孔径在2~50nm为中孔,孔径大于50nm为大孔。
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