活性炭吸附作用的应用研究

活性炭吸附作用的应用研究

Applied Research of the activated carbon adsorption

摘要：作为一种特殊的炭质材料，活性炭孔隙结构发达，比表面积很大，吸附能力很强，稳定性质良好，以及具有优异的再生能力，被广泛应用于各个领域。本文介绍了活性炭的性能，并着重综述了提高活性炭吸附性能的有效途径及其在净水处理、废水处理、气相吸附等方面的应用研究进展。

关键词：活性炭吸附应用

1、引言

活性炭具有较强的吸附性和催化性能，原料充足且安全性高，耐酸碱、耐热、不溶于水和有机溶剂、易再生等优点，是一种环境友好型吸附剂。活性炭广泛用于工业三废治理、溶剂回收、食品饮料提纯、载体、医药、黄金提取、半导体应用、电池和电能贮存净水处理、废水处理、气相吸附等方面[1]。

2、活性炭的特点

2.1活性炭的一般性质

活性炭外观为暗黑色，具有良好吸附性能，化学性质稳定，可耐强酸及强碱，能经受水浸、高温，密度比水小，是多孔的疏水性吸附剂[1]。

2.2活性炭的作用机理

活性炭产生吸附的主要原因是固体表面上的原子力场不饱和，有表面能，因而可以吸附某些分子以降低表面能。固体从溶液中吸附溶质分子后，溶液的浓度将降低，而被吸附的分子将在固体表面上浓聚。而且活性炭本身是非极性的,其含量及电荷随原料组成、活化条件不同而异,低温活化(< 500℃)的碳可以生成表面酸性氧化物,水解后可以放出H+[2]。由于活性炭表面有微弱的极性使其他极性溶质竞争活性炭表面的活性位置,导致非极性溶质吸附量的降低,而对水中某些金属离子交换吸附或络合反应,提高了活性炭对金属离子的吸附效果

[2]。

3、活性炭的应用

活性炭作为优良的吸附剂在饮水的净化、废水的深度处理、净化或储存气体等方面有着广泛的应用。研究表明，活性炭对有机物吸附作用较强，在净化水方面不仅对颜色、臭味去除效果良好，而且对合成洗涤剂EF4、三卤甲烷、卤代烃、游离氯也有较高的吸附能力，也能有效地去除几乎无法分解的氨基甲酸酯类杀虫剂等。活性炭能有效地去除水中的游离氯和某些重金属且不易产生二次污染，减少循环冷却水中菌藻繁殖。对于发电厂，低药剂量运行，碳钢材质不经任何处理，无论是使用中水还是中水经深度处理，均腐蚀较重，采用系统开车时对全系统进行保护膜处理可以明显减缓碳钢材质的腐蚀，假如提高缓蚀阻垢剂的使用浓度，也可以明显减缓碳钢材质的腐蚀[2]。

3.1活性炭在饮用水处理中的应用

以颗粒活性炭为滤料的快速生物滤池通常用作第二级过滤，通过生长在颗粒活性炭表面细菌的活动，除去水中的BOM[3]。这一处理过程又称二级生物活性炭过滤。有文献报道了这一过程的有效性。为减少费用及便于在水厂中推广，人们提出了“第一级砂——生物活性炭双层滤池”的构想[4]。应用生物滤池去除水中BOM有以下优点：

(1)减少了细菌在供水系统中生长所需的营养物质，可有效控制细菌的繁殖；

(2)减少了与消毒剂反应的有机物的量，进而减少了饮水处理所需的消毒剂的用量及稳定了出厂水剩余消毒剂的含量[4]；

(3)通过去除一些消毒副产物的有机前体物，减少了水厂水中消毒副产物的含量[3]；

(4)将有机物转化为无机终产物；

(5)老化脱落的生物膜残渣较化学沉淀污泥易处理；

(6)生物处理法费用较活性炭吸附法低。

3.2活性炭在废水处理过程中的除臭作用

活性炭吸附柱可以去除许多恶臭物质。如乙醛、吲哚等恶臭成分是通过物理吸附而去除的，H2S和硫醇等则是在活性炭表面进行氧化反应而进一步吸附去除的[5]。活性炭对硫化氢以及含硫化合物的去除比较理想，单对氨或含氮化合物的去除并不理想。活性炭在达到饱和之前，其对恶臭物质的去除率是保持相对稳定且其受气体负荷变化的冲击影响比较小，因此适应性比较广泛，但是吸附剂不便频繁再生，因而对被吸附气体的浓度要求不能太高[6]。3.3活性炭在处理印染废水中的脱色能力

利用活性炭吸附作用处理成分复杂的染料生产废水，具有良好的效果：

(1)厌氧预处理的出水经混凝沉淀后，COD去除率为83%左右，脱色率达到99.3%，为后续的吸附创造了良好的条件[7]。

(2)活性炭具有良好的吸附性能，本工艺的最佳吸附条件：pH=4，粉末活性炭用量为20g/L，吸附过程中需要搅拌，吸附时间为40min，吸附后出水的CODCr为150mg/L以下[8]，达到了国家排放标准。

(3)用碱法洗脱和fenton试剂氧化这两种再生方法均可较好地恢复活性炭的吸附性能[9]。对再生后的活性炭进行吸附，CODCr去除率仍可达77%以上，脱色率可达97%以上[8]。4.活性炭吸附与其它水处理技术组合工艺的应用及发展

4.1高锰酸钾——活性炭组合工艺

我国的一些水厂，在微污染水源处理中采用高锰酸钾－活性炭联用组合工艺，对降解有机物，提高去除嗅、色能力，效果显著[10][11]。同时这种组合工艺，对浊度降低，矾耗的节约也较显著。

4.2 生物活性炭法

生物活性炭法是在活性炭吸附技术的基础上发展起来的一种水处理技术。生物活性炭法是将活性炭作为生物膜载体，利用活性炭的吸附作用和生物膜的降解作用，去除水中的污染物的一种新方法[7]。

4.3 粉末活性炭——活性污泥工艺(PACT)

该法即将粉末活性炭投加到活性污泥曝气池中，形成生物活性炭，利用吸附、降解协同作用去除有机污染物。由于生物活性炭固有的机理，可以去除活性污泥法难以去除的有机物，提高活性污泥的去除效率。另一方面，活性污泥具有稳定、良好的压密性，从而克服了污泥膨胀。因其在经济和处理效率方面的优势，已广泛地应用于工业废水处理中[12]。

5.结论

基于活性炭来源广泛、表面能大、吸附能力强、容易循环利用等众多优点，活性炭吸附技术在污水处理方面已得到很好的发展，并在众多方面得到广泛的应用。随着人们对它的进一步深入的研究，活性炭将会在各方面有更广阔的发展和应用空间。

参考文献：

[1] 谢志刚，刘成伦.活性炭地方制备及其应用进展［Ｊ］．工业水处理，2010，893（9）：47－48．

[2] 李子龙，马双枫，王栋等．活性炭吸附水中金属离子和有机物吸附模式和机理的研究［Ｊ］．环境科学与管理，2009，34（10）：88－94．

[3] 顾斌.活性炭吸附技术在水处理中的应用［Ｊ］．能源环境保护，2011，25（5）：20 －22．