www.188betkr.com 讯球形活性炭（SAC），作为一类具有球形外观的活性炭材料的统称。相较于传统形态，SAC凭借机械强度高、流动性好、球形度高以及杂质灰分含量低等独特优势，在吸附净化、能量储存与转化、催化、医疗、安全防护等领域展现出高效的性能，从而受到了人们的广泛关注。
木质活性炭
图源：韩研股份
1、球形活性炭制备技术水平
目前，用于制备SAC的主要原料可分为四类：高分子、煤、沥青和生物质。不同前驱体由于理化特性的不同，在制备工艺和应用领域上存在显著差异。
SAC的前体材料
过去几十年来，人们在SAC的合成工艺方面做出了巨大努力，探索出水热炭化法、悬浮法、喷雾法、乳化法、模板法等多种前驱体成球制备技术。
煤质活性炭和木质活性炭的典型制备工艺
为赋予SAC特殊孔道结构和特定功能，孔径控制、活化、改性、石墨化等新技术也得到了广泛应用。然而，目前SAC的产业化进程依旧面临诸多挑战，如制备工艺繁杂、再生能耗极高、功能化改性不足、应用场景受限等。与此同时，SAC的生产需要确保产品具有光滑无裂纹的球体形状以及优异的机械强度，以避免在应用过程中发生破损或脱落，这些也是我们要改进的重点。
用不同官能团对活性炭进行表面改性技术示意图
不同物理和化学活化制备的SAC物理性质
为满足各领域对SAC粒径和品种的需求，纳米炭球（NCS）、中空纳米炭球（HNCS）的制备和性能开发也已经逐渐成为研究热点。
2、球形活性炭高端应用场景
（1）液体净化
SAC凭借其高比表面积、多孔结构且表面携带可调的官能团，可以用于去除水中多余的氯、染料、药物、重金属等有机或无机污染物，达到提高水质、消毒杀菌的目的，主要应用在饮用水净化、工业废水及含磷废水处理等领域。
不同前体制备SAC的物理性质及液相吸附效果
（2）气体吸附
SAC在吸附挥发性有机化合物（VOCs）方面表现出色，其多孔结构和高比表面积使其能够高效吸附乙醛、甲醛、2-丙烯、1，3-丁二烯和苯等。此外，SAC在CO2吸附领域展现出显著优势，对减少温室气体排放以及控制空气污染具有重要的应用价值。
不同前体制备SAC的物理性质及气相吸附效果
目前的探究表明，SAC前体的选择、活化方式、目标污染物分子直径等因素对其吸附性能均有影响。
（3）催化剂载体
SAC微晶中的大量不饱和价键具有类似于结晶缺陷的结构，有助于提高催化剂载体的催化效率，并且SAC耐酸碱性强，单独作为催化剂时也不会发生溶解现象，容易合成，能够控制物理性质和产率。
而聚合物基球形活性炭（PBSAC）已被证明是一种很有前途的催化剂载体，用于液相催化加氢脱氯反应（HDC）和负载型离子液相（SILP）催化剂中，载体的过滤、回收效率和重复使用性比传统的粉末状活性炭基催化剂高得多。值得注意的是，SAC催化稳定性和效率会受到分子大小和本身孔结构限制。
（4）能源储存与转化
在超级电容器领域中，超级电容炭从外部结构区分主要有两类，一种为无定型粉末状电容炭，一种为球形形貌电容炭，采用椰壳、石油焦、酚醛树脂为原料制备的电容炭都为无定型粉末状。球形电容炭因球形度高，具有装填率高、低灰、性能均一、成本低、循环寿命长等优势。
国内外超级电容炭性能对比
球形活性炭制备的超级电容器在实际使用过程中，因球形活性炭之间存在的球形间隙和球面光滑，有助于电解液流动浸润，因此可以减小电解液离子的穿梭阻力，且因球形结构使炭电极机械强度较高，耐磨性好，充、放电过程掉屑少，并能够抵御高负载密度下快速充、放电过程中因体积变化而导致的结构塌陷和黏结，使其具有优秀的循环稳定性和高倍率特性。
在锂离子电池等嵌入型储能体系中，SAC颗粒的完整球形外壳能够约束内部活性物质的体积膨胀，而其表面丰富的缺陷位点亦可促进锂离子的均匀沉积，从而抑制电极粉化。
在储氢领域中，储氢材料面临的主要挑战包括储氢密度低、难以在温和条件下实现高效存储与释放以及循环寿命和成本问题。近期研究表明，通过精准调控炭材料的孔隙层级与表面化学态可实现高效储氢，而SAC颗粒表现突出。
在储热领域中，SAC得益于自身优异的热稳定性和机械强度，在高温工况下仍能保持结构完整性。
（5）医疗科学
医疗科学领域对血液净化材料的核心挑战在于平衡生物安全性与功能性。SAC通过独特的梯度孔隙系统（微孔-介孔-大孔）设计，在解决这一矛盾中展现出显著优势：纳米级微孔通过分子尺寸筛分机制选择性捕获炎症因子，介孔加速溶质传质效率，而表面大孔可抑制血小板粘附。同时结合其低灰分碳基体和表面光滑特性，SAC亦可有效降低溶血风险，满足植入式医疗设备的生物安全性要求。
（6）核生化防护
SAC凭借高抗压强度、耐水性、热稳定性、对碱性和酸性介质的耐化学性等优势，被认为是最有潜力的制造化学防护服的吸附剂之一。SAC在核生化防护领域主要应用在呼吸道防护和皮肤防护两个方向。其中，皮肤防护方面，一般使用活性炭复合织物。目前主要有6种活性炭复合织物，包括喷炭复合织物、掺炭纤维复合织物、颗粒炭/泡棉复合织物、活性炭纤维静电植绒织物、高强度活性炭纤维织物和球形活性炭复合织物。
球炭复合织物是一种较为先进的防毒材料。在这种材料中，球形活性炭在织物表面点状黏结，球炭表面的黏结剂覆盖面积不超过20%，尽可能保留了活性炭的吸附能力；球炭间保持一定的间隙，织物的透气性良好。
结语
在应用层面，SAC凭借其多级孔结构和高比表面积，已在液体净化、气体吸附、能源存储、催化载体及医疗科学等领域展现出重要价值。然而，SAC的工业化进程仍受限于原料杂质控制不足、工艺能耗高、功能定向设计缺乏系统性等瓶颈。未来研究需重点围绕原料精制、形貌构筑、孔隙调控、表面功能化及智能化设计等方向深化探索。
参考来源：
蔡岳玲：球形活性炭的研究进展：从制备到应用，国能基石化工科技（上海）有限公司
黄娇：球形活性炭的制备、改性及应用研究进展，辽宁科技大学化工学院
吴永杰：超级电容器用活性炭的研究进展，中国神华煤制油化工有限公司鄂尔多斯煤制油分公司
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