活性炭改性方法及其在水处理中的应用

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吸附能力;对水质浑浊有明显
的澄清作用,可以除去水中的
异臭、异味,对细菌也有极好
的过滤作用。
因此,活性炭在水处理中越来
越受到重视。但是,由于普通
活性炭的种种劣势,所以,有
必要对其结构和性质进行改性,
以增大其吸附能力,缓解水污
染压力。
右图所示的为活性炭的表面结构, 微孔数量巨大,大多处表面光泽一 致,表示活性炭表面无明显的负载 物质。
图1:GAC0电镜扫描2000倍照片
经HNO3处理的表面微孔结构 遭到破坏和微孔结构的坍塌, 过度孔隙增多,主要表现为吸 附能明显降低
图2:GAC1电镜扫描1000倍照片
Part 1 表面物理结构特性改性

01~05

Part 2 表面化学性质的改性
06~08
活性炭的表面物理结构特性
1
活性炭的比表 面积
活性炭改性方法及其在水处理中的应用
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Contents
01
活性炭改性方法
02
在水处理中的应用
目录
#1
活性炭简介
#2
活性炭改性方法
活性炭作为一种环境友好型吸 附剂,具有较强的吸附性和催 化性能,不仅对难除去的有机 污染物有较强的吸附作用,而 且活性炭对电镀废水和冶炼工
1 活性炭简介
业废水中的重金属也有较强的
3
孔径分布
2
微孔体积 和结构
4
决定了活性炭 的物理吸附
01
表面物理结构特性改性
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活性炭的表面物理结构特性改性就是指在活 性炭材料的制备过程中通过物理或者化学的 方法来增加活性炭材料的比表面积、调整活 性炭的孔隙结构及其分布,使活性炭材料的 吸附表面结构发生改变,从而改变活性炭材 料的物理吸附性能。
.
经锰离子改性的活性炭
负载物质改性
图3:IFMGAC1电镜扫描1000倍照片
去除水中有机物
强有机酸吸附作用的效 果; 潘红艳等口日采用不同浸渍液对活性炭进行改性, 研究了去对苯酚的吸附,结果表明浸渍液改变了活 性 炭的脱附活化能,从而影响了吸附效果。李晶等 [391也 用不同浸渍液对活性炭进行改性,研究了去 对苯的吸 附,结果也表明了改性后脱附活化能的改 变。
同时采用不同的改性方法对活性炭进行改性, 往往 能够达到更好的去除效果。姚丽群等 采用先 表明氧 化后负载原子改性的方法,研究了活性炭吸 毒有机 硫化物,结果表明采用表面化学氧化法和负
去除水中重金属及重金属离子
改性活性炭不仅可以通过吸附作用去除水中的有机物,而且可通过多种机理去除水中的重金属离子 等无机污 染物。一般对粉末活性炭进行二次改性 , 引入活性炭吸附重金属离子中起重要作用的官能 团,即羧基、羟 基和氨基,可以得到性能更加优良 的吸附材料,用于吸附污水中的重金属离子。 范延臻等研究了改性活性炭的表面特性及其 对金属离子的吸附性能,他们用浓度为 l3.2mol·HNO 溶液,以 4:1(HNO,溶液体积:活性炭质量) 混合,在 100℃回流 lh后,对煤质活性炭进行改性, 该方法可明显提高 活性炭对水中 Pb 的吸附量,与 未改性活性炭相比,对 Pb 的饱和吸附量提高了 105倍。白树林等[用硝酸 (以 1:l比例与活性炭混 合 )在沸腾温度下对活性炭进行氧化改性,然后在 300~400℃加热处理,制得具有较强 离子交换能力 的改性活性炭。结果表明,这种方法制得的改性活性 炭有较高的阳离子交换容量,对 Cr(I)较 高的吸附 交换能力。Monser等人用四丁基铵和二乙基二硫 代氨基甲酸钠对活性炭进行负载原子和化合物改 性,去除电镀废水中的铜、铬、锌,结果表明改性后的后负载原子改性的方法,研究了活性炭吸 毒有机硫化 物,结果表明采用表面化学氧化法和负氧化处理的活性炭在高温 (800℃以上)下煅 烧,可获得较高阴离子交 换容量的活性炭,对阴离子 有较强的吸附交换能力。 王琳等 利用强氧化剂对活性炭进行改性,改 变了活性炭表面官能团的性质,使 原来具有催化还原 能力的官 能团改性为具有氧化能力的官能团,从而抑 制了活性炭吸附水中亚硝酸盐的形成,出水中亚硝酸 盐的质量浓 度从未改性活性炭的 2.0mg·L 降低为 改性后的 0.O1mg·L~。MariaTomaszewska等 研究 了某河中的有 机污染物后指出,常规的处理方法不 能有效地去除河水中的一些杀虫剂等物质,而经一 定浓度的 NaOH等化 学药剂改性后的活性炭则有 较好的去除效果,在河水中投入 10mg·L。的改性活 性炭可以将引起臭味的土臭 素(Geosmin)和 2一甲基 异茨酸 (MIB)从 66mg·L。降到 2mg·L一。陈颖等 用载镍活性炭对含活性红 X.3B废 水进行处理,去 除率能达到 98.74%以上,较不加金属 的活性炭去除的光催化降解性能和影响甲基橙废水处理的主要因 素, 结果表明,用溶胶.凝胶法制备 TiO 活性炭催 化剂具有比表面积大、分散性高、光催化降解性能 好、可重复 利用等优点。
活性炭表面化学性质的不同对活性炭的酸碱性、润湿性、吸附选择性、催化 特性等都会产生很大的影响。活性炭的表面化学性质改性就是指通过一定的 方法改变活性炭吸附表面的官能团及其周边氛围的构造,控制其亲水/疏水 性能以及与金属或金属氧化物的结合能力,使其成为特定吸附过程中的活性 点,从而可以控制其亲水/疏水性能以及与金属或金属氧化物的结合能力。 活性炭吸附表面化学性质的改性可以通过表面氧化改性、表面还原改性、 负 载金属及化合物改性、低温等离子体改性、酸碱改 性等进行。改性过程中常 常将不同的改性方法结合 起来对活性炭进行改性,从而达到更好的改性效果。
孔隙调整的目的就是使活性炭的微孔尺寸与 吸附分子尺寸相当,从而提高其吸附能力。 可以通过控制轻度活化程度来开孔和扩孔; 缩孔则可以采用热收缩法、浸渍覆盖法和气 相热解堵孔法等方法。
为了使孔隙结构更加丰富,孔径分布更加均匀,在活化过程中 可以加入一些化学活化剂。常用的活化剂有碱金属、碱土金属 的氢氧化物、无机盐类以及一些酸类,目前较成熟的化学活化 剂有 KOH 、NaOH、ZnC12和 H3PO4[5-6]等,其中以KOH作为活化 剂制得的活性炭性能最优异。采用KOH对普通的煤焦活性炭进 行改性,制得了比表面积高达 38861TIz·g 的超级活性炭, 大大提高了活性炭的吸附能力。控制活化剂的种类及用量,可 以灵活的控制活性炭的吸附特性。
表面化学性质的改性
活性炭的表面化学性质主要由表面的化学官能团、表面杂原子和氧化物决定, 其决定了活性炭的化学吸附。活性炭的表面化学官能团有含氧官能团和含氮 官能团,含氧官能团又分为酸性含氧官能团和碱性含氧官能团。酸性含氧官 能团使活性炭具有极性的性质。因此,仅限于吸附极性较强的化合物。而碱 性含氧官能团易吸附极性较弱或非极性物质。
表面化 学性质 的改性
1 表面氧化改性
2 表面还原改性
3 负载物质改性
4 低温等离子体改性
5 酸碱改性
F irst
负载物质改性包括负载金属离子、化合物或 其 他杂原子。负载金属改性大都是利用活 性炭对金属 离子的还原性和吸附性,使金 属离子先在其表面上 吸附,再还原成单质 或低价态的离子,并通过金属离 子或金属 对被吸附物的较强结合力,增加活性炭对 被吸附物的吸附性能。常用来负载的金属离 子有铜 离子、铁离子和银离子等 。
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