活性炭改性方法及其在水处理中的应用 路悦强

活性炭改性方法及其在水处理中的应用路悦强
摘要：对于国家来说，随着自身经济发展速度的加快，人民的生活水平会得到
提高，城市化的进程也会加快，但是与之增加的是资源的消耗，特别是水资源的
消耗会变得更多。

水是人类赖以生存的资源，离开水我们不仅无法生活，而且社
会生产也无法进行，水资源并不是取之不尽的，如果不加以节制的利用，那么水
资源会越来越短缺，进而会对城市的发展造成影响，人类的生产环境也会面临挑战。

前言：活性炭是一种非常好的吸附剂，吸附性极其强，如果在水处理中使用
活性炭的话，它可以将水中的一些有机物、石油产品等进行有效的吸附，在污水
当中，有很多物质，有一些物质比如染料、杀虫剂、人工合成的有机物等，用一
般的生物法难以去除，无法取得较好的效果，而用活性炭也能很好的除去；此外，对于工厂废水中的重金属等物质，也可以用活性炭来进行除污；另外，活性炭还
可以使比较浑浊的水变得更加清澈，有些污水有难闻的味道，也可以利用活性炭
去除，可以说，在污水处理中，活性炭的作用十分的明显。

但是，一般的活性炭
在污水处理中的作用也不是无限的，受自身结构的限制，在处理污水的时候，它
也是有一定的范围的，因此对于大规模的污水处理而言，难以满足所有的需求。

因此，我们可以对活性炭的结构进行改进，提高它的吸附能力，让其在污水处理
中发挥更大的作用。

关键词：活性炭；改性方法；水处理
1 活性炭改性方法
1.1 表面物理结构特性改性
活性炭的表面物理结构决定了活性炭的物理吸附能力。

物理吸附是指当水中
物质的分子直径远小于或与活性炭孔径差不多时，这些物质可以被活性炭吸附，
从而实现去除杂质的作用。

因此，活性炭的表面孔直径、孔分布等对活性炭的吸
附能力有较大影响，其中活性炭表面孔径分布情况是影响吸附效果的关键。

通过
调整孔径分布、增加活性炭表面积能改变活性炭的物理吸附能力。

活性炭表面孔
径的大小可以通过控制活化程度和温度控制来调整，从而使活性炭的孔径大小与
吸附质的直径相近，实现吸附质的去除。

另外，碳沉积技术特可以用来改变活性
炭孔径。

1.2 表面化学性质的改性
活性炭表面化学性质的改性是活性炭改性的一个重点，活性炭的表面性质主
要由吸附活化能、官能团等因素决定，表面化学性质的改变会改变活性炭的化学
吸附能力。

活性炭的表面官能团包括多种类型，不同类型的官能团决定对不同物
质的吸附能力。

活性炭表面化学性质的改性可以通过活性炭表面氧化、表面还原
改性、负载物质改性、酸碱改性等实现。

并且将不同的改性方法进行结合，能有
效提高活性炭吸附能力。

（1）表面氧化改性。

表面氧化改性是利用氧化剂的作用，将活性炭的官能团进行氧化操作，进而增加活性炭表面氧化官能团的数量，
从而实现对废水的处理作用。

常用的氧化剂包括HNO3、H2SO4等，氧化性越强
的氧化剂对活性炭官能团的改变作用越大，而且，氧化剂使用种类与活性炭表面
的官能团数量和数量有密切联系，一般来说，活性炭的酸性官能团会随着氧化程
度的升高而有所增多。

（2）表面还原改性。

表面还原改性与氧化改性有相通之处，是指通过还原剂的作用，使活性炭表面的还原官能团增多，从而活性炭对非
极性物质的吸附能力有所提高。

常用的还原剂有H2、N2等。

（3）负载物质改性。

活性炭的吸附能力与负载金属离子、负载化合物等有关。

活性炭首先吸附离子，
并将它还原成单质，进而实现金属离子的去除。

因此，通过增强活性炭与吸附物
质的结合能力，能有效提高活性炭的吸附能力。

（4）酸碱改性。

酸碱改性的实
质是改变活性炭的官能团，并根据需要去除的物质确定官能团的数量，从而获得
专用活性炭。

常用的酸碱改性剂有HCIO、HCI等。

1.3 化学性质的改性
活性炭的电化学性质对活性炭的吸附作用有较大影响，并且同时决定了活性
炭的物理和化学吸附能力。

活性炭的电化学性质与它的成分组成有关，因为活性
炭中的主要组成是石墨晶体，而石墨晶体有一定的导电能力，因此活性炭表面具
有电荷，从而能吸附其他离子。

电化学改性是在利用电场的条件下，将活性炭表
面的电荷量进行改变，从而使改性活性炭具有选择吸附的能力，并且吸附能力有
一定程度的提高。

有学者对活性炭的电化学性质的改性进行研究，结果表明，活
性炭的吸附能力随着电场的作用有明显的改变，并且随着电位的增加，活性炭吸
附速度加快。

2 活性炭在水处理中的应用
2.1 去除有机物
经过一系列研究表明，载有铂金的活性炭材料在进行氧化还原的时候是能够
起到增强有机酸吸附的功能。

另外，相关的学者专家还研究出了活性炭改性之后
对于苯吸附的情况。

活性炭的不同的改性方法会使得其对于苯酚有着不同的吸附
效果，有些相关学者将活性炭的材料先是进行了氧化的改性，随着在对其进行负
载改性，这样在一定的程度上就能够通过有机硫物对其表面上的吸附情况进行更
加深入的了解与研究，通过该种方式的探究表明了改性方法是能够使得活性炭的
表面发生很大的变化。

2.2 去除水中重金属与重金属离子
改性活性炭既可对水体中的无机污染物（如重金属离子等）予以去除，又可
对水体中的有机物予以去除（吸附作用机理）。

通常而言，若引入氨基、羟基和
羧基官能团到粉末活性炭的表面，那么所得的吸附材料性能更佳，能够更好地对
污水中的重金属离子进行吸附。

有学者对改性活性炭的吸附性能进行了实验研究，将活性炭与HNO3溶液（溶液浓度为13.2mol.L-1）以4：1的比例来进行混合，
回流1h（回流温度为100℃）之后，改变煤质活性炭的性质，研究结果表面：这
种方法能够将活性炭对于Pb2+ 离子的吸附量明显提高，改性前后的饱和吸附量
相差巨大，可以达到105倍。

有学者在沸腾温度下，将活性炭与HNO3 溶液（溶
液浓度为13.2mol.L-1）以1：1的比例来进行混合、氧化改性，然后再进行加热
处理（加热温度为300-400℃），得出改性活性炭，这种改性活性炭的离子交换
能力较强、阳离子交换容量较高，尤其是能够很好地吸附交换Cr（Ⅲ）。

有学者
对活性炭用二乙基二硫代氨基甲酸钠和四丁基铵来进行化合物改性、负载原子改性，以便能够将电镀废水中的锌元素、铬元素、铜元素等全部去掉。

吸附气体类
无机物的活性炭常采用负载原子和化合物法或微波进行改性。

2.3 去除其他杂质
活性炭在进行氧化处理之后，加上在高温环境中不断的煅烧就会对于阴离子
有着极强的吸附能力。

活性炭在经过氧化钠的改性之后对于河水中的杀虫剂相关
物质也是极强的吸附能力。

活性炭中若是具有纳米二氧化钛的材料在一定的程度
上能够起到很好的光催化作用，进而减少了水中甲基橙的数量。

结束语
表面物理结构特性的改性可以增大活性炭的比表面积和改变其孔径分布，使
活性炭的微孔与吸附分子尺寸相当，提高活性炭对吸附质的吸附能力。

通过对经
表面物理结构特性改性后的活性炭进行孔径控制、表面化学性能修饰及负载金属，可使活性炭的吸附性能大大提高。

活性炭改性在水处理中的方向应根据污水水质
和原活性炭的性质确定。

活性炭表面改性的同时，伴随着表面化学结构的变化，
其表面基团、孔容积和孔径分布等都会发生改变，这也会大大影响活性炭的吸附性，因此在进行表面化学改性时要考虑物理结构和化学结构双重变化引起的影响。

为了进一步提高活性炭对不同污染物的吸附效能，研究将各种改性方法结合起来
对活性炭进行协同改性，在未来将会使其性能得到更大的提高。

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