三、煤质活性炭用作工业催化剂或催化剂的载体【38】
据{zx1}报道，除传统的气相吸附和液相吸附应用领域之外，活性炭在工业催化领域的应用份额已排在第三位，美国这一份额已占活性炭总销量的4～5%，而我国最乐观的估计也只有1.5%左右，还有很大的潜力可挖。
1、煤质活性炭在传统工业催化过程中的应用
煤质颗粒活性炭担载10%的HgCl2，可用作乙炔气相氯氢化反应制取氯乙烯过程的催化剂，乙烯转化率可达98%以上，氯乙烯选择产率达98～99%。
煤质颗粒炭担载醋酸锌或醋酸锌镉用作醋酸乙烯的气相合成催化剂，具有{zg}的催化活性和最长的合成装置工作周期。
煤质活性炭可直接用作以Cl2 和CO为原料合成光气的催化剂，和以Cl2和SO2为原料合成硫酰氯的催化剂。
由乙烯合成氯乙烯的工业过程常使用担载30%BaCL2的活性炭作为中间产物1,2-二氯乙烷裂解脱HCL的催化剂。
含3～10%Ni的活性炭可作乙烯低压聚合反应的催化剂；载Co的活性炭被用来催化由乙烯二聚合成丁烯的反应；某种浸碱炭可用作由乙炔和xxx合成丙烯腈反应的催化剂；长期以来，担载氯化铁的活性炭被用作由xxxx和氢氟酸制备氟得利昂的催化剂，等等。
2、尚处于实验室阶段的活性炭基催化剂及其应用领域
经对近十年的有关文献查阅和统计，目前尚处于实验室阶段的炭基催化剂大致有20多种，具体统计结果见表7。
（表7）
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序号
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催化剂成分、组成
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应用方向
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备注
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1
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Ru-K/AC;Ru/AC;
Ba-Ru-K/AC
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KAAP工艺合成氨
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替代传统的熔铁催化剂
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2
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Mo-Ni-K/AC
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CO加氢合成低碳醇反应
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活性炭表面积660m2/g，孔容积1.0cc/g，粒度0.3～0.45mm
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3
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负载3%100目粉状活性炭的多孔碳化硅
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在高功率脉冲微波诱导条件下用CH4
直接合成乙炔反应
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CH4转化率80%，乙炔选择性65%
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4
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0.5%
Ni/AC
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甲醇气相羰基化合成醋酸
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活性炭表面积775m2/g，16×35目；甲醇转化率94%，醋酸收率46%
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5
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5% Ni
–3.5%Zn/AC
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乙醇气羰基化合成丙酸反应
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活性炭表面积900m2/g，24×48目
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6
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5～10%Pd/AC“基因选择型”催化剂
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三甲基苯醌的醌基定向加氢反应；葡
萄糖的羟基定位氧化；丁炔二醇和丁
炔醇的炔基定位加氢等反应过程
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精细化学品合成反应新型催化剂
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7
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10～12%
H3PO4/AC
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用邻苯二酚与乙醇合成邻羟基苯乙醚
（乙基木酚）反应过程
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精细化工中间体合成反应催化剂，具高选择性
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8
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Pt-Co/AC
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肉桂醛选择性加氢合成肉桂醇
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9
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3% Pt/AC
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用邻硝基甲苯、甲醇、硫酸、氢合成
2-甲基-4-甲氧基苯胺；用甲醇、乙醇、
间氨基苯酚、正丁醛、乙酸、氢合成
N，N-二烷基间氨基苯酚
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产物为荧烷类热敏性染料的重要中间体
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10
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2% Pd/AC
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用苯胺、苯酚、环已胺或环已酮合成
二苯胺
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产物为抗老化剂和染料工业原料之一
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11
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3%
Pt-Pd/AC
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由硝基苯在酸性介质中催化加氢
一步法合成氨基酚
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活性炭表面积1000～1400m2/g，300目；产物为染料、橡胶、感光材料、扑热息痛xx的重要化工中间体
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12
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1%
Pd-Na/AC
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邻硝基甲苯液相加氢合成邻甲苯胺
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选择性达{bfb}，产物为农药、染料及医药化工的中间体之一
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13
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5% Pd/AC
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由聚乙烯基吡咯烷酮、三苯基膦、6-
甲氧基-2-萘基甲基酮、CO合成α-
（6‘-甲氧基-2’-萘基）乙醇
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非甾类解热、xx、镇痛xx萘普生的中间体合成反应
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14
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Pd/AC
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由对异丁基乙酮、甲醇、NaOH、H2
合成1-（4-异丁基苯基）乙醇
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医药布洛芬的关键中间体合成反应
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15
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Pd/AC,Rh/AC
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β-榄香烯的合成反应，选择性双
键加氢
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合成xx药榄香烯乳注射液
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16
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Pd-Bi/AC
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由葡萄糖-水- NaOH
[或Ca(OH)2]
加
O2合成葡萄糖酸钠（钙）
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转化率>88%
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17
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Fe-K(Na)/AC
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乙苯脱氢制苯乙烯反应与逆水煤
气反应CO2+H2→CO+H2O，偶合反应
的催化剂
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18
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4.33%
Pd/AC
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苯气相加氢制环已烷
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19
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6.5%
(Pt+Pd)/AC
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磷酸体系中NO3-加氢还原合成羟胺
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痉胺用于生产已内酰胺，进而合成纤维、锦纶、尼龙6工程塑料等材料
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20
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H3PW12O40/AC
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由2-叔丁基对甲酚与异丁烯烷基
化反应合成2，6-二叔丁基对甲酚
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固体强酸型催化剂；活性炭表面积611m2/g，磷钨酸的负载量为9.4%
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21
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Cu-Fe/AC
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加氢脱除惰性气体中的少量O2成分
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深度脱氧催化剂
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四、其它应用【11】
1、天然气的吸附存贮
由于以汽油为燃料的汽车排气成分中含大量的NOX、CO、HC化合物及SOX，这些污染物已构成对人类生存环境{zj1}威胁性的物质，据统计分析，城市大气污染物总量中，约有70～80%是由汽油发动机排气贡献的。另外，由于全球性石油资源紧张的状况会一直持续并日益加重，迫使主要发达国家发展以液化天然气（LNG）为燃料的汽车工业。目前美国、俄罗斯、新西兰、加拿大、日本及中国已有超过100万辆的汽车使用天然气为燃料。
使用压缩天然气做燃料的汽车（CNGV），每台需装备数只充填着19.6MPa液化天然气的容积为47L的钢瓶，由于耐高压的钢瓶和调压阀非常重，实际上会造成无谓的载重量上升和过多的燃料消耗，更重要的，充填高压燃气的钢瓶危险性很大，一量出现严重车祸而引起钢瓶爆炸，将会引发一场不小的灾难。在这种情势下，迫使世界各国的研究人员寻求低压的、低危险性的天然气贮存方法。吸附贮存法就是在这种背景下提出的。
1983年，Golovoy通过对比研究表明活性炭是众多吸附剂中最适宜此一用途的吸附剂;1984年Remick经实验研究，推荐采用高比表面积活性炭进行天然气贮存；1990年，Gubbins等人的研究结果表明，当活性炭的孔隙宽度是甲烷分子直径的2.5～3.5倍即0.96～1.34nm时，单位体积活性炭的甲烷吸附量达{zd0}值，约9mmol/mL，对应的活性炭总表面积为2620m2/g（对应的氮吸附法比表面积值在3000～3600m2/g范围内）；使用高比表面积活性炭吸附存贮天然气时，钢瓶压力可降至3.5MPa以下，钢瓶的重量和危险性已大大降低，迄今为止，进一步降低存贮压力的努力仍未停止，研究人员的目标是将存贮压力降至0.98MPa。
关于高比表面积活性炭的制造，目前成熟的技术是将石油沥青或煤沥青或高品级无烟煤与固体KOH按1:4重量比混合后制粉，于300～500℃脱水，600～800℃活化，冷却后充分水洗，可制得比表面积高达3000m2/g的粉状活性炭。目前这种产品已在美国的Anderson公司和日本的关西热化学株式会社得以商业化生产，我国也计划在江苏扬州建立中型规模的试验工厂。日本关西热化学株式会社的高比表面积活性炭商品名为Maxsorb，其主要技术性能见表8。
表8
Maxsorb高比表面积活性炭的技术性能
最近的研究表明,当采用2%的热塑性树脂作粘结剂使高比表面积粉末炭加压成型后，单位容积的甲烷吸附量比未成型的原粉末炭增加42%；当采用适当的无机或有机粘结剂时，压缩成型或热压成型后的高密度成型物除去粘结剂后仍达到0.4～0.5g/mL，且单位容积的甲烷吸附量提高30～40%。用于天然气存贮的高表面积成型活性炭以圆片状为宜，只有成型炭才是适用的，粉末炭会造成使用困难。
上述高表面积活性炭不仅可用于天然气存贮，还可用于沼气的存贮；不仅可用于以天然气为燃料的汽车，还可用于居民的燃气系统。
2、在电子产品中的应用
（1）用于双层电容器的固体活性炭材料
采用高比表面积的高纯粉状活性炭为原料，用酚醛树脂为粘结剂，成型、煅烧制成固体活性炭，用于双层电容器的极板。已商业化的双层电容器用固体活性炭的性质见表9，活性炭材料的性质与电容器特性的相关关系见表10。
表9
表 10
（2）空气锌电池用活性炭
空气锌电池的负极用锌，正极用空气，活性炭用作把正极的空气吸取到电池体系内的材料。活性炭比表面积200～1200m2/g。
3、煤质活性炭在土壤污染治理中的应用
由工矿企业生产活动造成局部土壤污染的事件时有发生，土壤污染造成的继发性事故后果是严重的，会造成“有毒”农作物（继而引发“有毒”食用动物）、地下水及地表水源污染，并通过食物链传递作用最终对周围居民构成健康威胁。据日本研究人员统计，主要污染土壤的行业有化学工业、金属制品制造业、电器产品加工制造业及洗涤业，污染物质大多是镉、铅、六价铬及汞等重金属类物质，三氯乙烯及四氯乙烯等挥发性有机氯类化合物。
目前常用的污染土壤的修复技术有四种，且都需使用活性炭做为{zh1}的吸附、吸持剂。
（1）洗涤法修复技术。挖出被污染的土壤，经洗涤、筛选、比重法分离、旋液分离进行洗涤分级，通过把受污土壤分离成单一粒度分布的方法，把污染物浓缩到容积更小的土壤中，然后用脱水机将土壤与液体（通常为水）分离，转移至液相的污染物最终被活性炭吸附处理。
（2）热处理修复技术。用回转炉加热受污土壤，将污染物转移到气相中，含污气体冷凝处理得到含污浓缩液，再经混凝沉淀、过滤、活性炭处理。
（3）水蒸汽法修复技术。用高温水蒸汽加热受污土壤，并将污染物带离土壤，之后冷却得到含污废水，混凝沉淀、过滤、活性炭处理。
（4）BCD法修复技术。针对多氯联苯类难挥发性有机氯化物的修复技术。向受污土壤中加入碳酸氢钠，于反应器中使污染分子发生裂解变成小分子易挥发物而进入气相，再冷凝为液体，最终用活性炭吸附处理。
除了上述用途之外，煤质活性炭还可用作气相采样器的气体吸持剂
，香烟滤咀中充填的用来脱除烟焦油等有害物的过滤材料，以及用作可用于特殊场合、抗运输振动的、不碎裂的保温装置中的保温材料，等。
由上述论述可知，煤质活性炭是一种具有多种用途的、潜力巨大的多功能性吸附材料，其应用领域还在进一步的发展过程中。
参 考 文
献（共38篇，此处略）
