1、范围

    1.1 本指南适用于活性炭气相吸附评价。它提出一种测定在用户选择的条件下从气流中脱除某一特定的吸附质用的活性炭的动态吸附容量No和临界层厚dc的方法。

    1.2 用国际单位制表示的值被认为是标准值。

    1.3 本标准无意指明与其使用有关的可能有的所有安全问题。在使用本标准前，使用者有责任建立适当的安全卫生措施和规定限制条款的适用范围。具体的危险说明给出在第8节中。

2、引用资料

  2.1  ASTM标准

    D2652  关于活性炭的术语定义（2）

    D2854  活性炭表观密度的试验方法（2）

    D2867  活性炭水份的试验方法（2）

    D3467  活性炭xxxx活性的试验方法（2）

    E300   工业用化学药品取样实用方法（3）

3、术语

3.1 定义

    3.1.1 穿透——在流出气流中出现规定浓度的有关的吸附质。

    3.1.2 与本指南有关的其它术语见D2652术语定义。

4、指南简述

    4.1 在用户规定的流量、吸附质浓度、温度、压力和相对湿度条件下用气流中的吸附质试验装有已知量炭的活性炭床层。测定规定浓度吸附质的穿透时间。使用相同的条件，但改变床层中炭量，重复进行测定。对于许多实际系统，穿透时间与炭量的关系是直线。该直线的斜率和在x轴上的截距可用来计算在试验时所用的条件下活性炭特有的动态容量No（以g 吸附质/g炭，或g吸附质/cm3炭表示）和临界层厚dc。

5、意义和用途

    5.1 活性炭广泛用于脱除空气或其它气流中的气体和蒸气。活性炭的物理和化学性能能强烈影响它对某一给定用途的适用性。本指南中的试验程序可以在用户选择的条件下评价活性炭对某一特定的吸附质的动态吸附性能。用户选择对使用有意义的试验条件是必要的（见第9节）。

    5.2 本指南也可用来评价为提高其脱除难吸附的气体的效果而浸渍了一些物质的活性炭。

    5.3 本指南中所给出的方法不可普遍用于评价作为催化剂使用的、供诸如分解低含量的臭氧或将二氧化硫氧化成三氧化硫这样一些用途的活性炭（见第9节）。

    5.4 本指南内所给出的操作过程可用于再活化的或再生的活性炭。

    5.5 图1中示出在穿透时活性炭床层的吸附质浓度分布图。床层在入口处有一吸附质浓度等于入口浓度区。在该区域炭与吸附质处于平衡。在床层的其余部分，吸附质浓度下降，直至出口处它才等于穿透浓度。该传质区（吸附区）越短，床层内的炭使用越有效。若床层厚比传质区更短，透过气流中会立刻出现吸附质（穿透点）。

    5.6 根据炭的{zj0}使用观点，希望选择一种炭，它在使用条件下，有尽量短的传质区，然而，在许多应用中高吸附容量比短的传质区更重要。在几乎每一应用中，床层压力降也是首要考虑的因素。

    5.7 在少数情况下，例如呼吸道防护象放射性甲基碘这样的低含量极毒的气体，短的传质区（即高的吸附速度系数），比极限容量更重要。在其它情况下，诸如溶剂回收，高动态容量是比较重要的。

    5.8 虽然吸附器床层的设计超出本指南范围，但以下几点应予以考虑。为了降低床层压力降和使床层内炭量增至{zd0}，床层直径应尽量大。如果服从压力降的制约，则应使用尽可能厚的炭床。使用较小粒度的炭会使传质区薄层化并改善床效率，但代价是压力降较高，其它因素不变。若考虑压力降是关键，则一些颗粒的形貌比其它因素会产生较小的流动阻力。

    5.9 本指南的操作过程得出的两个参数，可用作选择活性炭和估计将装这种炭的吸附床尺寸的考虑手段。大多数应用的{zj0}的炭，在吸附器预定的操作条件下评价时，应具有高的吸附质动态容量No和薄的传质区（小的dc）。

6、器具

    6.1 样品管——这常常是一根垂直支承的圆筒形玻璃管，管径至少为所装{zd0}炭粒直径的12倍或为平均直径的16倍。管子的下端必须有一炭床平的支座。应当心确保炭床流动断面的均匀性。该支座应对床层的总的压力降起尽量小的作用。由于这个原因，多孔玻璃支座常常并非所需。可以使用不锈钢细网板，如需要可用粗网板支承。具有高强度和很低压力降的市场上买得到的纺粘聚酯无纺织物也可用作在用小管试验时很方便的支座。

    注1：从上面和下面将床层固定在其中适当位置上的试验装置只需较少的技术就可获得可重复的结果。配有一块多孔板（从上拧在床层上）的直径8.8cm的铝制装置已成功用于1～3.5cm厚的床层。该装置的示意图示于图2中。

    6.1.1 气流应从上向下通过样品，以避免扰动床层。对少量炭进行试验时，管上部的毛玻璃外接口，可以容易地接通或断开试验气体，而不会扰动床层。扰动小床层的装填很容易。装好炭后{zh0}不要动。

    6.1.2 在所选择的试验条件下，样品管长度必须比活性炭临界层厚大几倍。

  6.2 装填装置——对于小的炭床，可用D2854试验方法中所述的振动加料装置装填样品管。送料漏斗的底部的直径应与样品管相同。{zh0}使活性炭从送料漏斗底部至少经10cm距离才落到炭床顶部。对于较大的炭床，当炭通过加料柱落入时可达到{zj0}装填，加料柱装有网筛，使炭均匀分布于炭床上（4）。加料柱的截面应与炭床相同。

7、危险性

  7.1 含有毒的或放射性吸附质的炭应按照xx、州和当地的适用的条例处理。

  7.2 当某些气体和蒸气被化学吸着在炭表面时，它们具有非常高的反应热。在高浓度下，会放出充足的热量，如果存在氧气足以引起炭床着火。惠特莱特炭对高浓度磷化氢或砷化氢化学吸着就是一例。

  7.3 当大量易氧化物质例如各种肼从惰性气流中被吸附在炭上时，会遇到另一种危险。当这些炭暴露于空气中时，由于氧化迅速发生，它们常常着火。由于在吸附过程中氧化缓慢地发生，因而从空气流中以低浓度被吸附的同样物质不会出现这些问题。

  7.4 吸附高浓度强氧化剂，例如臭氧（生成臭氧化物）、氟、过氧化氢或硝酸蒸气，会引起炭床着火或爆炸。

8、活性炭的选择和准备

  8.1 应按照E300实用方法，选出和准备有代表性的样品以供试验用。

  8.2 如果几种不同的炭使用本方法进行比较，必须考虑活性炭的颗粒大小分布。由较小颗粒组成的活性炭比由较大颗粒组成的活性炭将具有较高的吸附速率，且因此具有较薄的临界层厚dc，其他情况都相同。因而，颗粒大小不同的活性炭不应就临界层厚相互进行比较。然而，根据本指南计算的动态容量No，不管颗粒大小分布如何是可直接比较。对于许多应用，动态容量比临界层厚更重要。

  8.3 由于预吸附水能强烈影响对有机蒸气和易反应气体吸附，每个被试炭样的水分含量应该用D2867试验方法测定。浸渍炭常含有高达大约20%（重量）的水出售以提高其对易反应气体的吸附容量。

   8.4 根据D3467试验方法测定的xxxx活性（CTA）常用来评价活性炭是否适合于某一特定用途。应当认识到，这两种活性是活性炭样品总微孔容积的量度。关于微孔面积在不同尺寸的孔隙之间如何分布，二者都不能给出任何信息。在低的吸附质浓度下，最小的微孔xxx。因而，与总的微孔容积较大（较高活性），而很小孔隙较少的炭相比，具有许多小孔的炭对低浓度吸附质可能有较高的吸附容量。图3示出高活性并不有利。为了具有高比例的很小的微孔，在该图上57.9%CTA的炭是专门活化的。

9、试验条件的选择

  9.1 本指南的使用者必须决定在什么实验条件下评价活性炭。较佳的操作过程是使用同在应用中将遇到的相同的吸附质浓度和气流速度。其它因素例如相对湿度、温度、压力和穿透浓度，也应尽可能接近地关联。

  9.2 温度通过对吸附等温线和扩散速率的影响而影响活性炭的容量。对于不易挥发的有机蒸气，因其温度范围窄，温度通常不会施加大的影响（1）（5）。对于化学吸着，影响要显著得多。

  9.3 试验气体的相对湿度（RH）强烈影响活性炭的容量和吸附速率（见图4）。进入炭床的试验气体的相对湿度是重要参数且应小心控制，尤其在高的相对湿度下。正如8.3所述，预吸附的水也强烈影响活性炭的吸附性能。在高的相对湿度值下相对湿度对温度的强烈信赖关系要求当炭床在高的相对湿度下运行时须很好控制温度。一般，干燥的新炭对有机蒸气物理吸附时，对相对湿度的信赖少，除非试验气体的相对湿度高于大约65%。化学吸着或催化活性通常对相对湿度敏感得多。

  9.4 加速试验——在低的吸附质浓度下，这些试验会需要相当长的时间。因此，常常试图加速完成试验。

    9.4.1 加速该试验的最常用的方法是提高气流中吸附质的浓度。由于这能提高吸附的驱动力，炭对吸附质的动态容量No将比实际炭床中观察到的No高。这使炭床尺寸计算复杂化。更为严重的是在高的吸附质浓度下活性炭吸附容量的排列顺序未必与低浓度下相同。炭之间的差异之大会使人吃惊，尤其在低浓度下和在存在高水蒸汽浓度下。这样考虑对用于气味控制应用的炭特别重要，因为有气味的东西一般以低浓度存在于高相对湿度的气流中。各吸附等温线的这些差异，对于物理吸附比对化学吸着显著得多。高吸附质浓度的另一个影响是床层的受热。这会影响炭对吸附质的吸附容量和吸附速率。大的工业吸附床在几乎绝热下运行，所以要将小的实验柱xx地按比例放大，可能需要保温。这些考虑在化学吸着方面特别重要。

    9.4.2 加速试验的另一条且通常较好的途径是提高通过炭床的流量，同时使吸附质浓度尽量保持接近要求使用中的浓度。虽然这分改变吸附速率（随之也改变dc），但炭的动态容量No常常很少改变（2，3）。这一点由图5上所示的数据说明。在该实验中，在11～110L/min流量下装有105cm3炭的炭床用1000ppmxxxx试验气体试验。以透过5ppm为穿透。按穿透时间对炭床内滞留时间的关系标绘数据。床内滞留时间等于床厚除以表面速度（体积流速/吸附剂炭床的横截面），且可以按下式用吸附剂体积V（cm3）和流量Q（L/min）表示：

            τ（s）=0.06·（V/Q）

几乎成线性的特性曲线表明在这些条件下动态吸附容量与流量几乎无关。在一种情况下，发现动态容量在流量的30倍范围内不变（2）。

10、试验程序

11、试验结果整理

12、关键词

12.1 加速试验、活性炭、临界层厚度、动态吸附容量

                    注释和参考文献

1、本指南属美国材料试验学会活性炭委员会（D-28）主管，且由气相评价试验分委会（D28.04）直接负责。

    本版本于1995年9月10日批准。1995年11月出版。最初出版的代号为D5160-91。前一版本为D5160-91。

2、ASTM标准年鉴，第15.01卷。

3、ASTM标准年鉴，第15.05卷。

4、英国专利606，867。

5、圆括号内的黑体数字表示在注释和参考文献中用括号所列的参考文献。

(1) Nelson, G. O., Correia, A. N., and Harder, C. A., Am. Ind. Hyg. Assoc. J. 37, 1976, p.280.

(2) Rehrmann, J. A., and Jonas, L. A., Carbon 16, 1978, p.47.

(3) Ackley, M. W., Am. Ind. Hyg. Assoc. J. 46, 1985, p.679.

(4) Klotz, I., Chem. Rev. 39, 1946, p.241.

(5) Nelson, G. O., Gas Mixtures: Preparation and Control , Lewis Publishers, 1992.

(6) Wood, G. O., and Moyer, E. S., Am. Ind. Hyg. Assoc. J. 50, 1989, p.400.