活性碳介绍

2020.01.07

「活性碳」是十分常见的滤材,其主成分为「碳」,并掺有少量的氢、氧、氮、硫等物质化合而成,是呈现黑色并具有複杂表面的多孔性物质。

活性碳是将前置材料(如煤碳、石油、木材或椰子壳等)经过热分解, 释放出水分,并经过碳化程序及活化程序製作而成活性碳。其中,又以马来西亚椰壳为原料製程的活性碳品质最佳。

在淨水器的淨水方式中,多数的滤材都是以「阻隔」的原理, 挡住杂质、有害微生物,最后滤出纯淨水(紫外线杀菌则是「杀死」水中微生物,但菌尸仍残存在水裡)。

唯独活性碳(activated carbon)的过滤原理是「吸附」杂质。

 

人类利用活性碳淨化水质,最早是源于木炭的运用,最久可以追溯自西元450年前,腓尼基人将饮用水储存在烧焦的木製桶裡, 以确保商船在海上行驶时船员饮水无虞。

活性碳真正大规模运用于淨水用途,则可始于1950年代,活性碳可算是发展相当成熟的淨水滤材。

 

活性炭产生吸附力的原因,在于它有发达的孔洞结构,就象我们所见到的海绵一样, 在同等重量的条件下,海绵比其他物体能吸收更多的水,原因也是因为它具有发达的孔隙结构。

但活性炭的这种孔隙结构难以用肉眼观察,若取1克活性炭,将裡面所有的孔壁都展开成一个平面,这个面积将达到1,000平方米(既比表面积为1000m2/g)!

因此,影响活性炭吸附性的主要因素就取决于内部孔隙结构的发达程度。

 

活性碳最常用于吸附水中有机物,如农药、三卤甲烷、臭味分子等。由于活性碳的表面积大,因此自来水水中的氯气也会与碳表面反应而降低。

但活性碳对水中阴离子型态的汙染物,如硝酸盐则无显着去除效果,对重金属的去除也有限;且细菌可附着于活性碳颗粒表面,生长成「生物膜」,反而造成滤心中细菌数增加的情形。

此外,对于水中硬度(钙镁离子)的去除,亦无明显效果。活性碳滤芯最佳使用时机是在氯味重及三卤甲烷、农药及臭味等有机物含量高的地区,以及放置在RO膜之后,用于甜化水质。

 
     
活性碳滤芯对于淨水器而言,扮演非常重要的角色,主要可以吸取化学物质、有机汙染源、异色、异味等,或者放在淨水器最后一道甜化水质。
我们最常听见活性碳可去除的物质包括自来水中的氯气、农药、戴奥辛等。
目前市面上的活性碳种类,从型态予以分类,大致可以分为以下几种:

一、块状活性碳棒

又称压铸式(压缩)活性碳,或者我们常说的CTO,一些欧美大厂标榜可生饮的单道滤芯淨水器产品,许多就是块状活性碳棒。

何谓块状:以黏着剂(胶水)和活性碳一定的比例,混合压缩成状块的活性碳。

其优点是过滤孔径小,过滤效果佳。

缺点则是会造成水路和bypass(没过滤就流过)的现象,或者造成压降。

若活性碳棒在压铸过程,压力不均,造成碳棒的结构密度不均,因水有往低压处流动的特性,因此会自然形成一条「水路」,使得整支碳棒的过滤效果不能完全发挥。

 

二、颗粒活性碳


即将活性碳研磨成颗粒状或更细小的粉状,置入滤瓶中成为滤材,通水之后达到过滤的目的,也是目前运用最广泛的活性碳滤芯型态。

一般常见的颗粒活性碳滤芯选购原则,就是把滤芯拿起来摇一摇,听听裡面的声音,以判断颗粒的粗细。

若声音听起来细碎,表示颗粒越小,则过滤效果越好;或者拿两支体积差不多的滤芯放到手上惦惦重量,一般来说相同体积下,重量轻的活性碳表示表面孔洞较多,过滤功能较好。

此外,要检验活性碳孔洞多寡,最直观的作法是把活性碳丢到水裡,如果冒出水面的气泡越多越绵密,

则过滤效果越好,当然,一般淨水器业者是不允许我们这麽做的…(如果您有科学家的研究精神,可以在家实验比较各家厂商的活性碳)

必须注意的是,并不是把整支滤瓶完全填充到满,就可以获得更好的过滤效果,一般来说滤瓶全部容积中必须留有5~10%的空间与空隙,以供活性碳发挥。

如果活性碳滤芯在充填过程,是以挤压的方式,强制填充最大限度的活性碳原料,则会发生以下状况

 

  1. 滤芯摇晃不会产生声音(表示滤瓶裡面没空间了)
  2. 容易造成活性碳充填密度过高,使水流于滤瓶内产生「水路现象」,形成活性碳浪费。
  3. 颗粒活性碳于填充高密度的情况下,势必造成整个水流的阻抗(压降), 不仅效能降低,更直接影响负责造水压力的马达,造成寿命减短与故障率的提升;严重者会使滤芯爆裂。

 

三、最近几年出现出第三种型态的活性碳称为活性碳纤维(Activated Carbon Fibers, ACF)


相较于传统颗粒碳,拥有发达的微孔结构,巨大的比表面积,具有较快的吸脱附速率及更便利的操作维护、较长的寿命等优点。

当然,价格上也高于上述两种型态的活性碳。若经济预算许可,或者家中人口数多,倒是可以考虑活性碳纤维的滤芯。

虽然活性碳具有经济、用途广泛的特色,但活性碳也有其缺陷,特别是孔洞容易滋生微生物,形成生物膜,汙染水质等。

因此,为了改善活性碳容易姿生为生物的缺点,除了定期更换滤芯之外,业者也开发「添加银离子」的活性碳滤芯,将活性炭和银结合在一起,不仅对水中有机汙染物有吸附作用,

当水通过银活性碳时,银离子就会慢慢释放出来,起到消毒抑菌作用。

 

但也并不是银离子加越多越好,添加过多反而有金属中毒的风险,因此必须遵守检验标准,水中银离子溶出量:日本0.05PPM,美国0.1PPM。

欧漾淨水所採用的活性碳滤芯,一律使用高级椰壳活性碳原料,并自行生产无毒、环保滤充填,或从日本进口原装活性碳纤维组装,获得NSF认证,无论在品质、效能都值得信赖,可洽全省加盟商选购。