關于GB/T 7702-2008 《煤質顆粒活性炭試驗方法》標準的探討

周曉東，王 娜，劉 力

(山西新華化工有限責任公司，山西 太原 030008)

煤質顆粒活性炭是以煤為原料，通過化學和物理方法對原料進行破碎、過篩、炭化和活化等工藝處理得到的具有孔隙發達、比表面積大、吸附能力強等特點的微晶質碳素材料，常用作吸附劑、催化劑或催化劑載體，廣泛用于國民經濟的各個領域。如，軍民用的單兵綜合防護和集群防護裝備都配備防毒面具、過濾吸收裝置，其中核心防護材料主要是以煤質顆粒活性炭作為載體，經過改性處理，能滿足對多種有毒有害氣體的防護，保障人員生命安全。

檢測技術是活性炭產品在科研和生產過程參數控制的必備手段之一，活性炭的檢測標準包括GB、ASTM、JIS、AWWA、TOCT以及相關標準等，涵蓋了不同用途、不同性質活性炭的質量評價和檢測方法，其中，煤質顆粒活性炭檢測的標準采用GB/T7702-2008《煤質顆粒活性炭試驗方法》[1]，該標準是在GB 7702-1997的基礎上進行修訂，強度、碘吸附值等部分試驗方法更加接近美國ASTM標準，該標準在防護裝備生產和科研性能評價上有著廣泛的應用，保障了防護裝備的實物質量并推進了防化檢測技術的發展。但是，隨著活性炭的應用領域越來越廣泛，新技術的創新不斷研發新的產品，現有檢測標準的局限性已經不能滿足不斷涌現出的新產品檢測的需求，如國家標準中沒有活性炭中微量金屬元素的檢測方法、丁烷工作容量檢測方法、單寧酸吸附值檢測方法等。筆者結合多年的操作經驗和與相關技術人員的溝通，發現了國家標準中部分問題有待解決，以便于讓檢測標準更好地服務于生產和科研。

1 更新檢測方法，提高檢測數據的準確性

該標準中，苯蒸氣防護時間的檢測采用稱重法，氯乙烷蒸氣防護時間的檢測采用活性炭吸附法，著火點的檢測結果采用平衡記錄儀法人工繪制結果切線。其中，苯、氯乙烷蒸氣防護時間試驗檢測的是試驗過程的平均濃度，無法實時在線監控濃度的變化，無法對試驗過程影響濃度波動的因素進行及時的分析和判斷，需要將染毒的炭吸附管和盛裝苯的容器拿出通風柜稱量質量，存在安全隱患。著火點測定儀已有自動化的檢測儀器，試驗過程自動調控流量和溫度參數，通過計算機軟件繪制著火點值，減小試驗過程的人為影響因素，增加檢測結果的準確性，減小勞動強度，提高安全系數。

隨著儀器檢測技術的發展，氣相色譜法逐漸應用于各類氣體的定量檢測，適用于空氣中苯蒸氣、氯乙烷蒸氣的檢測，可利用氣相色譜儀或者氣體分析儀對其濃度進行檢測，將累積濃度轉化為瞬時濃度，隨時監測濃度變化，更好地調控濃度范圍，提高試驗精度，提升防化檢測水平。

2 標準檢測項目擴項，增加標準的適用范圍

檢測標準應隨著產品需求、技術提升進行修訂，如，活性炭中微量金屬元素的檢測方法、丁烷工作容量檢測方法、單寧酸吸附值檢測方法等檢測項目應逐步加入標準中，不斷更新修訂標準。

3 標準中需修訂的檢測方法

3.1 水分的測定

由于活性炭在篩選、包裝、存放等過程容易吸附空氣中的水分造成性能的改變，所以在炭材料檢測標準中水分是必測的項目之一。GB/T 7702.1—1997《煤質顆粒活性炭試驗方法》水分的測定中“3儀器、裝置部分：天平感量為0.000 1 g”，這要求天平精度為十萬分之一，不但造價較高，而且相對使用環境要求較高，實際多數實驗室內都在使用萬分之一的電子天平(感量為0.001 g)。另外，木質活性炭試驗方法[2]和美國ASTM活性炭標準[3]及測試方法中對于水分的測定都有明確規定，按照粒徑范圍不同稱量活性炭的質量不同，而煤質顆粒活性炭試驗方法只要求稱樣量為2 g～5 g，對于顆粒較大的樣品，若稱量一粒就達到2 g多了，不僅取樣沒有代表性，還容易造成水分檢測的平行結果超差，建議稱量的質量與樣品粒徑范圍有關。

3.2 水容量的測定

水容量是指活性炭全部孔隙內充滿水時增加的質量，考核了活性炭的總孔容積，常用于活性炭改性過程浸漬溶液與活性炭用量比的參考。標準中水容量測定時，真空度的控制范圍為8(±0.6) kPa，筆者在最低點和最高點選擇了兩段真空度，對水容量值相對較均勻的等質量活性炭進行了測定，試驗過程真空度最大變動±0.1 kPa，在7.5(±0.1) kPa真空度下試驗數據為：84.9%、85.4%、85.0%、85.5%、84.8%、85.2%、84.9%、85.3%、85.5%、85.1%；在8.5(±0.1) kPa真空度下試驗數據為：87.2%、86.9%、87.0%、86.3%、87.3%、86.8%、86.9%、87.1%、87.4%、86.5%，不同真空度下平均值允許差1.8%，滿足方法規定的平行結果允差小于2%的要求，但是20個數據中最小值與最大值相差2.6%，理論上在試驗真空度范圍內，相同試樣的測定結果允差應小于2%。當然，試驗數據相對較少，代表性不強，不能足以說明問題，僅作為參考意見。鑒于以上因素分析，可以考慮選擇精度稍高的真空泵，能夠保證真空度在小于0.3 kPa內變動，縮小試驗的真空度范圍，保證試驗的嚴謹性。

3.3 裝填密度的測定

活性炭的密度分為裝填密度(堆密度)、表觀密度(假密度)、真密度。裝填密度是在一定振動條件下單位體積活性炭的質量，包括孔隙容積和顆粒間空隙體積；表觀密度在體積因素中不包括顆粒間空隙體積；真密度指在規定條件下單位體積炭所具有的質量，不包括炭的孔隙容積和顆粒間的空隙體積。

裝填密度的測定利用裝填密度測定儀，該儀器利用振動器和調節漏斗傾斜度控制炭樣向下以一定的速度自由落下，并沒有振動量筒，達到炭樣的堆積。該儀器較簡易，一次實驗需要反復調整炭樣速度，本該5 min 內完成的試驗，調整儀器振動速度就要5 min，操作性差。建議調研市售的裝填密度測定儀，采用振動量筒的方式檢測裝填密度值，進行比對試驗，驗證可行性。

再者，由于所測活性炭樣品的粒徑范圍不同，僅使用100 mL的量筒無法滿足通用要求，建議應在炭樣粒徑上劃分界限，采用不同方法進行測量，真實反映樣品的裝填密度，保證檢測結果的準確性。

3.4 灰分測定

“6.3將灰皿置于300 ℃的馬弗爐中，關上爐門，打開通風口(如沒有通風口將爐門留有15 mm左右的縫隙)，在不少于30 min的時間內將爐溫緩慢開至500 ℃，并保持30 min，繼續升溫至800(±25) ℃灼燒1 h”。與舊的馬弗爐相比，新式馬弗爐爐門多為下拉式，自動設定程序升溫，無需上述繁瑣步驟。再者試樣灼燒1 h后拿出來稱量，之后每20 min稱量一次，增加了工作量和工作時間，不像水分的測定，溫度最高150 ℃，平衡到室溫的時間也較短，便于操作。而GB/T 12496.3-1999 灰分含量的測定和ASTM D 2866-94 活性炭總灰份的標準試驗方法中對于灰份試驗的結果是“灰化至恒重”，該方法可以簡明扼要說明即可。

3.5 碘吸附值測定

該方法中沒有明確適合檢測碘值的范圍，當檢測碘吸附值小于600 mg/g炭材料時，經常出現吸附等溫線的線性不好，引起試驗失敗的問題。可能是由于碘值越小稱樣量越多，10 mL的鹽酸溶液無法全部浸漬相對稱樣量多的炭試樣及在有限時間內與100 mL碘標準滴定溶液不能完全充分的吸附，導致一組吸附等溫線的相關系數達不到0.995。大量的實驗證明了該方法不適于碘吸附值小于600 mg/g的炭材料，有一定的局限性，建議增加標準內容，補充適用于碘吸附值小于600 mg/g的炭材料檢測方法，增加通用性，減少給檢測人員造成的困擾，更好的指導活性炭的科研和生產。

4 結語

活性炭廣泛應用于國民經濟各個領域，檢測標準必須滿足新的應用領域活性炭性能檢測的需要。開展新的試驗方法要進行較系統的認證試驗，才能為活性炭應用提供科學的試驗數據，評價活性炭新用途。科技要發展，標準需先行，結合我國活性炭檢測現狀，編制適用的標準方法，有助于提高我國活性炭檢測水平，解決活性炭試驗方法多元化。以上根據生產實際和個人經驗探討了標準的部分內容，提出了建議，使其簡單易行，便于普及推廣，也有不足之處，僅作為參考，希望能為檢測人員答疑解惑，更便于今后檢測任務的完成。