活性炭改性方法及其在水处理中的应用
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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
改
01~05
性
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
活性炭源自文库比表 面积
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 。
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。
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。
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。
.
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
Maruyama等 报道了用载有铂的各种活性炭在 氧化 还原过程中，可以达到增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。
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。
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
Lorem ipsum dolor sit amet
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。
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。
活性炭改性方法及其在水处理中的应用
欢宝学习小组
目
录
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
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
改
01~05
性
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
活性炭源自文库比表 面积
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 。
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。
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。
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。
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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
Maruyama等 报道了用载有铂的各种活性炭在 氧化 还原过程中，可以达到增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。
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。
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
Lorem ipsum dolor sit amet
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。
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。
活性炭改性方法及其在水处理中的应用
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目
录
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