⽵炭的基本概念
⽵炭的基本概念
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⽵炭的基本概念
1、炭的定义与分类
炭是⼀种既传统⼜现代的材料，作为燃料已被⼈们普遍认知。炭还是⼀种多孔性材料，具有很强的吸附、调湿、净化、除臭等功效。⽬前常见的主要有⽊炭、⽵炭、活性炭、炭⿊、煤炭、及焦炭等。国家标准（GB/T17664—1999）中定义⽊炭有硬阔叶⽊炭、阔叶⽊炭和松⽊炭。硬阔叶⽊炭由硬阔叶材及桦⽊材的混合材烧质⽽成。阔叶⽊炭由硬、软阔叶的混合材烧质⽽成。松⽊炭由松⽊或针叶材烧质烧质⽽成2、“⽩炭”与“⿊炭” ⼈们通常将⽊炭分为⽩炭和⿊炭，其中⽩炭⼜可以分为乌冈炭、⽩炭和青炭。⽩炭，是指⽊材在窑内炭化完毕时趁热从窑内扒出，然后⽤湿沙⼟熄灭的⽅法，在熄灭的过程中，⽊炭与空⽓接触⽽进⾏煅烧，炭的外部被氧化，⽣产的⽩⾊灰附在⽊炭上。这种炭质地很硬，⽐重⼤，⾊⿊、断⾯有⾦属光泽，当轻轻敲击时会发出清脆悦⽿的⾦属声，燃烧时不发烟，发热量⾼，燃烧持久，很少有⿊⾊的粉 末掉落，⼜⼗分适合⽤于⽔质净化和沐浴等⽅⾯的⽤途。
⿊炭，采⽤闷窑熄⽕的⽅法得到的炭，性质与⽩炭相反。过去⽼百姓家中炭⽕盆⾥烧的炭⼤都是烧质粗糙的⿊炭。它燃烧时常冒烟并发出爆裂声，发热量⼩，由于炭化温度较低，挥发分多，着⽕容易。它易于散落下⿊粉，不适于菜肴、饮⽔和沐浴使⽤，可以⽤来除湿和除臭。 3、⽵炭
⽵炭是以⽵材为原料经⾼温炭化获得的固体产物。按质量等级可分为⼀级品、合格品两个等级；按形状不同可分为筒炭、⽚炭、颗粒炭、碎炭、粉末炭等。
在⽇本，以⼲馏炭化的最终温度分，有的可分3种：低温⽵炭400℃、中温⽵炭600℃—700℃、⾼温⽵炭1000℃；也有2种：将400℃—600℃炭化的称为低温⽵炭、800℃—1000℃炭化的称为⾼温⽵炭。4、活性炭
活性炭是⼀种⽤途很⼴的吸附剂和催化剂，是由⼀些含炭的原料经过炭化和活化等加⼯过程⽣产出来的。活性炭为⿊⾊，主要由碳元素构成。其性质稳定，不溶于⽔及有机溶剂，能耐酸碱等化学药品的作⽤；并且可通过再⽣的⽅法恢复其活性⽽反复使⽤。
活性炭根据外观形状可分成粉末状、颗粒状及纤维状三类；根据使⽤原料不同可分成植物类原料（⽊
屑、⽊炭等）、矿物类原料（煤、⽯油焦碳等）及其他原料（纸浆、⽔解⽊质、废塑料等）所⽣产的活性炭；按制造⽅法不同可⾮为⽓体活化法活性炭、化学药品活化法活性炭及混合活化法活性炭；按⽤途可分为⽓相吸附⽤活性炭（溶剂回收活性炭、脱硫炭等）、液相吸附⽤活性炭（糖⽤炭、味精炭、⽔处理炭等）及催化剂或催化药剂载体⽤活性炭等。
5、机制炭
机制炭包括⽊质机制炭和⽵质机制炭及其他⽣物质机制炭。俗称“炭棒”、“烧烤炭”。它的利⽤⽵⽊材等⽣物质材料加⼯剩余物或碎炭，经粉碎、⼲燥、挤压成型、炭化等⼯艺过程制得的。是纯天然绿⾊环保产品，可代替传统⽊炭，⽤于烧烤取暖和⽔质净化等，对保护⽣态环境具有特别重要的意义。机制炭形状规则，结构合理，有统⼀长度和⼤⼩，中空或实⼼结构，利于燃烧和使⽤；不含化学物质，⽆毒⽆异味，⽆污染，燃烧时间长；⽆烟⽆炭头、燃烧⽆⽕花、燃烧期间残灰⾃然落下不飘起来、燃烧后残灰尘少、易燃。 6、⽵炭纤维
⽵炭纤维，是选⽤纳⽶级⽵炭粉末，经过特殊⼯艺加⼊粘胶纺丝液中，加⼯成粒，再经过近似常规纺丝的纤维产品。⽵炭纤维内镶嵌有纳⽶级⽵炭，使得该功能纤维充分体现出了⽵炭所具有的吸附异味、散发淡雅清⾹、防菌抑菌、遮挡电磁波辐射、发射远红外线、调节温度湿度等功效，对⼈体有保
健作⽤。
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⽤这种纤维可以制作医疗防护服、婴幼及孕妇防护服、床上⽤品、⾼档内⾐⾯料、宾馆及家庭⽤品、车船等交通⼯具装饰⽤品，还可以做空⽓过滤⽤材、家⽤电器防电磁波辐射等。
7、“炭”与“碳”
炭=碳（⽆定形碳或⽯墨）+有机挥发分+⽔分。这就可以看出炭是以碳为主并包含多杂质的混合物。因此，应写“⽵炭”⽽不
是“⽵碳”，其中含有“固定碳”⽽不是“固定炭”。
8、炭与“⿊钻⽯”
⽵材经⾼温热解后得到⽵炭，其横切⾯具有光泽，表⾯光滑且没有裂缝和起皱，结构⼗分致密，敲打或摔落时较不易破碎且不
易折断，且会发出铿锵的清脆⾦属声。其产品具有去污、除臭、抗菌、美容与美肤、隔热、释放远红外线、产⽣负离⼦等性能，可开发系列产品，为⼈类创造优质⽣活环境，故⽵炭在⽇本和台湾享有“⿊钻⽯”之称。
9、⽵炭颗粒⼤⼩和⽬数
10、⽵炭的元素组成
⽵炭元素组成是⽵炭性质的基础之⼀。它包括碳、氢、氧等元素和灰分。灰分是⽵炭在⾼温氧化条件下，完全燃烧后，留下的各种⽆机物质的混合物。⽵炭的元素组成含量由炭化最⾼温度⽽定，随着炭化最⾼温度的升⾼，⽵炭中碳元素的含量增加，氢和氧的含量降低，灰分含量略有增加。 11、⽵炭的基本理化性能指标
⽵炭的基本理化性能主要包括⽵炭的含⽔率、灰分含量、挥发分含量、固定碳含量、密度、⽐表⾯积、电阻率、pH值和热值等。
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12、⽵炭的含⽔率水分子团
⽵炭中的⽔分通常有三种来源。⼀是⽣产过程中吸附的；⼆是在储运过程中吸附空⽓中的⽔蒸汽；三
是在⽣产、储运过程中⾮正常的吸⽔（⾬⽔、雪⽔等）。刚从窑体中取出的⽵炭的含⽔率约为1—2%，在空⽓中稳定的含⽔率（平衡含⽔率）通常为10—10%。在许多的应⽤领域中⽵炭的含⽔率是个重要的指标之⼀，因此⽵炭成品的⼲燥与密封是个不容忽视的环节。在不同使⽤场合要求不同的含⽔率，作为烧烤燃料和导电材料的⽵炭要求⽔分含量越低越好。⽽作为改良⼟壤的⽔分、调湿的⽵炭要求⽔分含量就⽐较⾼。
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13、⽵炭的PH值
⽵炭PH 值表⽰⽵炭的酸碱性程度,⽵炭的酸碱性随着炭化最⾼温度上升⽽由酸性向碱性变化。⽵炭的PH值直接影响其吸附⽓体的种类、吸附值。
14、⽵炭的密度
⽵炭密度为单位体积的质量。由于⽵炭是⼀种多孔性物质，他的密度同活性炭⼀样可分为以下3种：堆积密度，指在规定条件下，单位体积的⽵炭，包括它的孔隙体积和颗粒间的孔隙在内的质量；颗粒密度，指在规定条件下，单位体积的⽵炭，包括它的孔隙体积，但不包括颗粒之间的空隙的质量；真密度，指在规定条件件下，单位体积的⽵炭，不包括空隙体积和颗粒间的空隙的重量。⽵炭为⽆固定的长宽厚尺⼨的固体物，不便于准确测定其长宽厚尺⼨并计算其体积，故采⽤AG204型密度测定仪，所测得的密度为真密度。
15、⽵炭的灰分
⽵材中灰分含量较多，主要有磷、钾、硅、钙、铝、镁、铁、钠、钡、铜、锰等⼗种元素组成。这些元素物质在⽵材热解过程中仍然存在⽵炭之中⽽成为⽵炭灰分。⽵炭灰分含量⼀般随着炭化温度升⾼⽽略有增多。这主要是因为炭化温度升⾼，热解加剧，⽵炭中的化学键进⼀步断裂，易与⽵炭灰分中⾦属元素形成⾦属硫酸盐及硅酸盐等，因此⽵炭灰分含量增加。不同⽵材部位灰分含量也各不相同。这主要是由于⽵材中⽵青、⽵黄、⽵节中灰分含量各不相同，并且不同⽵龄的⽵材灰分含量变化不⼀，因⽽导致⽵炭灰
分含量分布不均。
16、⽵炭的挥发分
⽵炭在⾼温下煅烧时⽣成⼆氧化碳、⼀氧化碳、甲烷和氢⽓等⽓体，统称挥发分。随着炭化最⾼温度升⾼，挥发分含量急剧下降，这是由于温度越⾼，⽵材炭化越充分，如⼆氧化碳、⼀氧化碳、甲烷等挥发分物质被挥发掉或参与⼆次反应⽽导致留在⽵炭中的挥发分物质减少。不同部位⽵材挥发分亦有差别，这主要是组成⽵材的纤维素、半纤维素、本质素含量各不相同。
17、⽵炭的固定碳
固定碳是指在⾼温下有效的碳元素的百分含量，在我国⼀般参照⽊炭的固定碳的计算⽅法，以⽵炭绝⼲后的质量见区其灰分含量和挥发分含量来计算。其计算公式：
固定碳=100-（A+V）
汽水取样装置式中：A—挥发分含量%； V—灰分含量%。
固定碳含量是衡量⽵炭量的重要指标之⼀，它直接标志着⽵炭的烧制⽔平。随着烧制温度的升，固定碳含量显著提⾼。这主要是因为炭化温度⾼，挥发性物质⼤量减少，⽽固定碳与挥发分含量⼜存在负相关性，所以固定碳含量增加。当温度升⾼到⼀定程度（如800℃）后，其固定碳含量增加变化很平缓，由此说明在烧制⽵炭的过程中选择并控制好最⾼温度对提⾼和稳定⽵炭质量是⼗分重要的。
18、⽵炭的电阻
⽵炭的电阻值和炭化温度有着亲切的关系，当⽵材受热温度升⾼时，⽵炭的电阻值降低，导电性增强，尤其是400℃~800℃之间变化更⼤，经试验我们发现在750℃~800℃时，电阻率出现了⼤幅度降低，之后变化趋稳。由此可见，在温度750℃附近⽵炭电阻值有⼀个转折点。⽵炭有⽚炭、颗粒炭和粉末炭之
分，应分别采⽤不同的测量⽅法。测量电阻的⽅法⼀般有充放电法、谐振回路法、电桥法等。
19、⽵炭的精炼度
精炼度⼤⽇本⽊炭标准中⽤来测定⽊炭的炭化程度的⼀种⽅法，此项标准对指导⽣产与消费具有⼀定作⽤，常⽤精炼计来测定，它的原理是根据⽊炭电阻测定其炭化度，测定范围是100-108Ω，其指数0-8称为精炼度，109Ω以上的精炼度尾。炭化度越⾼，电阻值越⼩，精炼度值越⼩。⼀般炭化温度与精炼度有如下关系：
⽬前⽵炭炭化程度也可参照⽊炭的精炼度来进⾏分等，精炼度⾼低同温度、挥发分、⽔分、灰分等因
素有关。
20、⽵炭的热值
物质的热值指单位质量的燃料完全燃烧后冷却到原来的温度所放出的热量。⽵炭的热值是作为烧烤或冶炼⾦属⽤炭时的⼀项重要的理化指标。它实际上体现了物质的储存能量的⼤⼩。
⼀般来说，⽵炭的热值随着炭化终点温度升⾼⽽值增加。单位⽤焦⽿/克（J/g）或卡/克（K/g）。21、⽵炭的⽐表⾯积
⽵炭的⽐表⾯积是指单位质量所占有表⾯积的⼤⼩。⽵炭的孔隙是在⾼温炭化过程中，基本微晶的结构中除去部分的碳所产⽣的孔隙。⽵炭孔隙性能常常决定吸附性能的⼤⼩，因此在产品销售时⽵炭的孔径-孔隙分布及⽐表⾯积的性能常常列于产品说明书中，供⽤户参考。
22、炭板
⽵炭具有良好的导电性，可作为屏蔽材料，将⽵炭与树脂胶粘剂按⼀定的⽐例混合均匀，经成型和热压制成⼀定厚度、尺⼨、密度的复合板。这种板保留了⽵炭得⼀些功能，同时具有⼀定的阻燃性、耐磨性
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和电磁屏蔽等功效。
23、纳⽶光触媒⽵炭
纳⽶改性⽵炭是将具有光催化性能的纳⽶材料TiO2（⼆氧化钛）经过特殊⼯艺负载到⽵炭微孔壁上，使⽵炭不仅保留了原来强有⼒的吸附性能⽽且利⽤纳⽶光催化材料TiO2在光的作⽤下杀死细菌、病
毒和将有毒、有害物质（如：甲醛、苯、甲苯、氨等）分解为⼆氧化碳和⽔。
24、⽵炭和远红外线
红外光的波长可分为近红外（波长），中红外（波长）和远红外（波长50-300um）。产⽣远红外线必须具备两个条件：1.辐射应具有刚好能满⾜物质迁跃时所需能量；2.辐射与物质之间有偶合作⽤（相互作⽤），即物质分⼦有偶极矩的改变。从结构上看，⽵炭是⼀种⽆定形碳，它的特殊微细构造符合产⽣红外线的条件，具体的⼤⼩应该经过检测为准。
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