活性炭吸附溶解性有机质的影响因素及其活性炭的再生方法

活性炭吸附溶解性有机质的影响因素及再生方法
刁冬雪孔彦飞张钢洋姚新会尚培渊
（黄河水利职业技术学院环境与化学工程系应用化工1102班）
摘要：本文从活性炭表面基因、吸附质性质、吸附质的分子结构、外界条件（PH值、温度、接触时间）等方面对活性炭吸附溶解有机质进行论述及其活性炭的再生方法。

关键词：活性炭吸附溶解性有机质影响因素活性炭的再生
Activated carbon adsorption of dissolved organic matter effect factors and regeneration method
Diao Dongxue, Kong Yanfei, Zhang Gangyang, Yao Xinhui, Shang Peiyuan
（Yellow River Conservancy Technical Institute, environmental and chemical engineering the application of chemical class 1102 ）
Abstract：This article from the surface of the activated carbon adsorbent, adsorption properties of gene, molecular structure, quality of external conditions ( pH, temperature, time of contact ) and other aspects of the activated carbon adsorption of dissolved organic matter were discussed and its regeneration methods of activated carbon.
Key word: Activated carbon adsorption , dissolved organic matter, Influence factors, Regeneration of activated carbon
引言
活性炭是用木材、煤、果壳等含碳物质在高温缺氧条件下活化制成，它具有巨大的比表面积（500-1700m2/g）。

水处理过程中使用的活性炭有粉末炭和粒状炭两类。

粉末炭采用混悬接触吸附方式，而粒状炭则采用过滤吸附方式。

活性炭吸附是利用活性炭的物理吸附、化学吸附、氧化、催化氧化和还原等性能去除水中污染物的水处理方法，活性炭吸附法广泛用于给水处理及废水二级处理出水的深度处理。

其主要优点是处理程度高，效果稳定。

缺点是处理费用高
昂。

1 活性炭表面基因
1．1 表面基因
对活性炭性质产生重要影响的化学基因主要有含氧官能团和含氮官能团。

含氧官能团主要包括羧基酸酐内酯基乳醇基羰基[1]，一般来说，AC氧含量越高其酸性也就越强，具有酸性表面基因的AC具有阳离子交换特性，容易吸附极性较强物质，氧含量较低的AC表面出碱性特征及阴离子交换特性，易吸附极性较弱或非极性物质。

目前，对活性炭的表面特性主要集中在通过氧化提高表面酸性上，特别是通过硝酸的氧化。

由于活性炭表面官能团其吸附特性产生重大影响，由表面官能团引起的酸碱性，亲水性等对吸附性能的影响。

表面酸性被认为是控制吸附的重要因素。

增加表面酸性可降低表面的催化特性，增加对水的选择性，改变石墨基平面的电荷分布，改变吸附质结构或产生复合效应。

一般认为增加极性的氧分子或含氧官能团的数量可增加活性炭的表面极性，一些研究表明表面氧化提高了活性炭对极性吸附剂的吸附[2]但是从另一方面看，活性炭表面酸性的提高使AC表面亲水性增加，而不利于活性炭对以疏水为主的腐殖酸的吸附[3].
1．2粒径和比表面积
由于吸附现象发生在吸附剂表面上，一般认为，吸附的程度与比表面积成比例。

单位质量的固体吸附剂吸附的越多，表明吸附剂越分散，孔越多。

这主要是因为粒径小而引起的比表面积增大[4].
2 吸附质性质的影响
2． 1吸附质的分子(量)大小
吸附质的分子(量)大小吸附质分子量的大小对吸附结果有一定的影响。

例如活性炭与沸石相比，前者易吸附分子直径较大的饱和化合物。

而合成沸石易吸附分子直径小的不饱和的（>C=C<,-CΞ-C-C-C）化合物。

同时应指出的是活性炭对同族有机化合物的吸附能力随着有机化合物的分子量的增大而增大，但是分子量过大时会影响分子扩散的速度，当有机物分子量›1000时，应先预处理，分子量变小后，再用活性炭进行处理.
2．2吸附质分子结构
由于物质分子存在结构上的不对称，也就存在极性和非极性。

极性的吸附剂易吸附极性的吸附质，非极性的吸附剂易吸附非极性的吸附质。

例如一种非极性的吸附剂，可从溶液中有选择性的吸附非极性或极性很低的物质[5]附柱，县通水，使其达到吸附饱和，再通苯和水的混合液，则原先被活性炭吸附的水逐渐为苯所置换而解析出来，这是因为活性炭为非极性吸附剂，它对非极性的苯的吸附能力比对极性的水大，故优先吸附苯[6].
3外界条件的影响
3．1 温度
因为物理吸附过程为放热过程，随着温度的升高，对溶解性有机质的吸附量减少。

3．2 pH值
在整个吸附体系中，pH能同时对吸附剂和吸附质造成影响。

溶液中的PH影响物质处于何种状态（分子，离子），也影响活性炭表面的电荷特性。

碳表面为电中性时，达到等电点。

研究表明[7]大的吸附，说明中性物质的吸附为最大，因为碳表面氧化物的酸或碱性被中和后，使更多的孔隙参与吸附，溶质较易扩散进入碳的内部孔隙。

3．3 接触时间
在进行吸附时，要保证吸附质与吸附剂有一定的接触时间，使其吸附接近平衡，充分利用吸附能力。

吸附平衡所需时间取决于吸附速度，吸附速度越快，达到吸附平衡所需实际时间也就越短[8]
3.4 活性炭的再生
活性炭最早用于去除生活用水的臭味。

沼泽水常带土味，湖泊和水库水常带藻类形成的臭味，用活性炭处理最为有效，并且只需在出现臭味时使用。

大多用粉状活性炭，直接投入混凝沉淀池或曝气池内，随污泥排除，不再回收利用。

粒状活性炭吸附容量耗尽后再生，常用的方法是加热法,废炭烘干后在850°C左右的再生炉内焙烧。

颗粒活性炭每次再生约损耗5～10%,且吸附容量逐次减少。

再生效率对活性炭滤池的运行费用（也就是对水处理成本）影响极大。

活性炭能去除水中产生臭味的物质和有机物，如酚、苯、氯、农药、洗涤剂、三卤甲烷等。

此外，对银、镉、铬酸根、氰、锑、砷、铋、锡、汞、铅、镍等离子也有吸附能力[9]水处理厂中，活性炭吸附法又起完善水质的作用。

鉴于活性炭用途日益广泛，而生产活性炭的原材料供应难以满足需要，能源应用显得日益紧张，活性炭的价格也较高，因此，在近些年来，许多国家都在积极研究发展经济有效的活性炭再生技术。

延长活性炭使用寿命，节约资源，能源和使用成本，同时，还可减少由于丢弃废炭可能造成的再污染
再生的目的就是在吸附剂本身结构不发生或极少发生变化的情况下，用某种方法将吸附质从吸附剂的细孔中除去，以便能够重复使用。

目前活性炭的再生方法大体来说有加热再生法，化学再生法和生物再生三大类。

（1）加热再生法
加热再生法是通过失效活性炭外部加热，改变其吸附平衡关系，达到吸附或分解所吸附有机物的目的
（2）化学再生法
化学再生法是依据活性炭吸附的具体对象，选用合适的化学试剂对活性炭脱洗，再生。

具体分为氧化分解法，药剂再生法两种。

（3）生物再生法
生物再生法是在供氧充分的条件下，依靠净水过程中活性炭上生长繁殖的微生物，氧化分解所吸附的有机物。

最终生成二氧化碳和水，从碳床中分离去除而达到再生目的。

总的来说，通常以高温再生法作为活性炭主要的再生方法，常用热气体（二氧化碳，氮气/真空）和水蒸气冲脱法，以再生吸附可挥发性有机物为主的活性炭。

对于吸附以不挥发性有机物或无机物为主的活性炭，可考虑用化学再生法或者生物再生法进行再生。

参考文献
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[7]张悦张晓健陈超王欢城市供水系统应急净水技术[J] 2009.12.12-24
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