活性炭对水中有机物去除的研究进展
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剂。
０ ２ ４ ６
ｔ ／ ｈ
图１ 不同炭样 在同一条件下 的 Ｃ Ｏ Ｄ去除率 比较
Ｆ ｉ ｇ ． １ Ｔｈ ｅ ＣＯＤ ｒ ｅ ｍｏ ｖ ａ ｌ ｅ ｆ ｉ ｆ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｙ ｏ ｆｄ ｉ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｔ ｃ ａ ｒ ｂ ｏ ｎ
性炭对饮用水 中有毒有害有机物的去除率 。
关键 词 ：水源污染；活性炭；有机物；表面改性 中图分类 号 ：Ｘ ７ ０ ３ ． １ 文献标 志 码 ：Ａ 文章 编号 ：１ ０ ０ １ — ９ ６ ７ ７ （ ２ ０ １ ５ ） ０ ４ — ０ ０ ４ ２ — ０ ３
Ｒｅ ｖ ｉ ｅ ｗ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ Ｒｅ ｍｏ ｖ ａ ｌ ｏ ｆ Ｏｒ ｇ ａ ｎｉ ｃ Ｍａ ｔ ｔ ｅ ｒ ｉ ｎ Ｗ ａ ｔ ｅ ｒ ｂｙ Ａｃ ｔ ｉ ｖ ａ ｔ ｅ ｄ Ｃａ ｒ ｂｏ ｎ
用水水质安全 ，在已有水处理工艺 的基 础上 ，研究 开发饮用 水 处理新技术 ，对 饮用水进行强化处理已刻不容缓。 自来水 中的有毒有害物质除 了重 金属外 ，其余 大部分 都为 有机物 ，且 自来水 中有机物 的种类繁 多 ２ 』 。活性炭作 为一种优
的六边形结构 ，确定 了其多体枳及 高表面积 的特点 ，比表面 积
。世
界上利用活性炭处理水 的主要 国家有 美 国、德 国 、英 国 、瑞典
载触媒及化 学药 品脱 臭 ；大孔 通过 微生 物及 菌类 在其 中繁殖 ，
就 可以使无 机的碳材 料发 挥生物质的功能 。
本文 主要对活性炭 的基本特性 以及活性炭 去除水 中有机物
的影响 因素进行 了初步探讨 ，并对 活性炭提 出了相关 的改性方
第４ ３卷第 ４期
２ ０ １ ５年 ２月
广
州
化
工
Ｖｏ １ ． ４ ３ Ｎｏ 。 ４ Ｆｅ ｂ ． ２ ０１ ５
Ｇｕ ａ ｎｇ ｚ ｈ ｏ ｕ Ｃｈ ｅ ｍｉ ｃ ａ ｌ Ｉ ｎｄ ｕ ｓ ｔ ｒ ｙ
活 性炭 对 水 中有 机 物去 除 的研 究进 展
徐 丽 军
（ 上海第二工业大学环境与材料工程学院，上海 ２ ０ １ ２ ０ ９ ）
１ 。 ２ 表面 化学 特性
活性炭 的吸附性 能不仅取决于其物 理结构 ，更 取决 于其表
面 化 学 性 质 。 表 面化 学 特 性 一 般 与 活 性 炭 的原 材 料 、表 面 官 能
法 ，以期提高活性炭对水 中有机物 的去除率 。
１ 活性炭 的基本性质
活性 炭是一种 多孔径 的炭化 物 ，有极 丰富 的孔 隙构造 ，具 有 良好的吸附特性 ，它的吸附作用藉物理 及化学 的吸咐力 而成
４ ３
等 。Ｂ ｏ ｅ ｈ ｍ 在研究活性炭材料表 面的含氧 官能 团的表征 手段 时 ，指 出活性 炭材 料 表 面可 能存 在 下 面几 种 含 氧官 能 团 ：羰 基 、酸酐 、乳 醇基 、羧基 、醌基 、醚基 、内酯基 、酚 羟基 。
２ 活性炭 的吸附作用
活性 炭吸附是物质 的浓度在相 界面上 自动发 生累积 或富集
水 是人类生活不可缺少的重要物质 ，水 资源是 人类赖 以生 存 的物质基 础… 。随着社会 的快 速发展 ，水资 源紧缺和水环 境
的 ，其 外观色泽呈黑色。其成份除 了主要 的碳 以外 ，还 包含 了 少量的氢 、氮 、氧 ，其分子结 构形似 一个六边 形 ，由于不规则
污染问题 日益严重 ，人们对水质 的要求 不断升 级 ，饮用水水 质 安全成为了影响人类健康和经济发展 的重大 问题 。为 了保 障饮
团的种 类与数量 、表面杂原子 、化合物 的种类 与状态等 因素有
关 ，不同的表面官能团 、杂原子 、化合物 会影 响活性炭 的表 面
酸 碱 性 、 亲 疏 水 性 、催 化 性 能 、表 面 润 湿 性 、吸 附 选 择 性 能
第４ ３卷第 ４期
徐丽军 ：活性炭对水 中有机 物去除的研究进展
热反应 ，升温则 有利 于吸附进行 。张曼曼 研 究发现核桃壳基 活性炭 （ Ｎ Ｓ Ａ Ｃ ） 对孔雀石绿 （ ＭＧ） 的吸附量随着温度 的升 高而增 加 ，说 明该 过程 是吸热反应 ，升高温度有利 于对 ＭＧ的吸 附。
３ ． １ ． ２ 溶液ｐ Ｈ 活 性 炭 从 水 中 吸 附 有 机 污 染 物 质 的 效 果 ，一 般 随 溶 液 ｐ Ｈ
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ：Ａｔ ｐ ｒ ｅ ｓ ｅ ｎ ｔ ｍｏ ｓ ｔ ｃ ｉ ｔ ｉ ｅ ｓ ｏ ｆ Байду номын сангаас ｏ ｕ ｒ ｃ ｏ ｕ ｎ ｔ ｒ ｙ ａ ｒ ｅ ｓ ｕ ｆ ｆ ｅ ｉ ｒ ｎ ｇ ｄ ｉ ｆ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｔ ｄ ｅ ｇ ｒ ｅ ｅ ｓ ｏ ｆ ｐ ｏ ｌ ｌ ｕ ｔ ｉ ｏ ｎ， ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ｃ ａ ｓ ｅ ｏ ｆ ｃ ｏ ｎ ｖ ｅ ｎ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ ｔ ｒ ｅ ａ ｔ ｍｅ ｎ ｔ ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ｃ ａ ｎ ｎ ｏ ｔ ｗｏ ｒ ｋ ｅ ｆ ｆ ｅ ｃ ｔ ｉ ｖ ｅ ｌ ｙ ．ａ ｃ ｔ ｉ ｖ ａ ｔ ｅ ｄ ｃ ａ ｒ ｂ ｏ ｎ ｃ ａ ｎ ｂ ｅ ａ ｎ ｅ ｆ ｆ ｅ ｃ ｔ ｉ ｖ ｅ ｍｅ ａ ｎ ｓ ｏ ｆ ｄ ｉｎ ｒ ｋ ｉ ｎ ｇ ｗ ａ ｔ ｅ ｒ ｔ ｒ ｅ ａ ｔ ｍｅ ｎ ｔ ａ ｎ ｄ ｐ ｒ ｅ ｔ ｒ ｅ ａ ｔ ｍｅ ｎ ｔ ．Ｉ ｔ ｗ ａ ｓ ｓ ｕ ｍｍａ ｒ ｉ ｚ ｅ ｄ ｔ ｈ ａ ｔ ｉ ｔ ｗ ａ ｓ ｂ ｅ ｔ ｔ ｅ ｒ ｔ ｏ ｕ ｓ ｅ ｄ ｉ ｆ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｔ ｍｏ ｄ ｉ ｉ ｆ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｓ ｔ ｏ ｍｏ ｄ ｉ ｆ ｙ ｔ ｈ ｅ ｓ ｕ ｒ ｆ ａ ｃ ｅ ｏ ｆ ａ ｃ ｔ ｉ ｖ ａ ｔ ｅ ｄ
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由于活性炭 的特殊物理结 构和表面性质 ，在 吸附过程 中 与吸附质之间存在三种不 同的作用 力 ，即分 子间力 、化 学键 力
和静电 引力 ，这 三种 不 同作 用 力 形成 三种 不 同类 型 的 吸附 ，
即 ：物理吸 附、化学 吸附和离子交 换吸 附。物理 吸附 、化学 吸
附和离子交 换 吸 附往往 同时 存在 ，在活 性 炭 吸附法 处 理 过 程 中 ，利用 ３种吸附 的综合作用 达到去除污染物 的 目的。
３ 影 响 活 性 炭 去 除水 中 有 机 物 的 因素
吸 附条件 、有机 物性 质 、活性炭本 身的性 质是影 响活性 炭
摘 要 ：目 前我国大部分城市水源受到不同程度污染，在常规处理工艺不能有效工作的情况下 ，活性炭可作为饮用水处理
深度处理 、预处理的有效手段 。通过对活性炭的基本特性 、活性炭 的吸附机理 、活性炭 去除水 中有机 物 的影 响因素 以及 活性炭 表 面化学性质改性方法进行综述 ，总结归纳出可联合不 同的改性方法 对活性炭表 面进行改性 ，以达到更好 的改性效果 ，从 而提高 活
多方法 中，活性炭迄今 为止仍 是最 经济 和有效 的方法
及Ｅ ｔ 本 一 。
微 晶和碳氢化合物组成 ，属于非结 晶性物 质。其 固体 部分之 间 的问隙形成 了活性炭材料 的孔 隙 ，赋予活性 炭材料 特有 的吸附
性能 。 按 照孔 径 的 大小 可 分 为 微 孔 （ 直径 ＜ ２ ｎ ｍ） 、中孔 （ 直 径 ２～ ５ ０ ｎ ｍ） 和大孔 （ 直径 ＞ ５ ０ ｎ ｍ） 。微 孔 具 有 很 强 的 吸 附 作 用 ， 主 要 是 其 具 有 很 大 的 比表 面 积 ； 中孔 ，又 叫 中 间 孔 ，能 用 于 添
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高达 １ ０ ０ ０～ ３ ０ ０ ０ ｍ ／ ｇ 。
１ ． １ 孔 结构 特性
活 性 炭 材 料 的结 构 比较 特 殊 ” ，从 晶 体 学 角 度 看 ，由 石 墨
质的吸附材料 被广泛 的应 用于水 处理 领域 ，是 由于其 具有 丰富 的孔 隙结构及其 巨大 的比表 面积 ，从而具有 良好 的吸附性 能 ，而且具有强度好 、不易被酸 、碱 等物质腐 蚀 的特性。在诸
ＸＵ Ｌ ｉ － ｊ ｕ ， ￣
（ Ｓ ｃ ｈ ｏ ｏ ｌ ｏ ｆ Ｅ ｎ ｖ ｉ ｒ ｏ ｎ ｍｅ ｎ ｔ ａ ｌ ａ ｎ ｄ Ｍａ ｔ ｅ ｉ ｒ ａ ｌ ｓ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｉ ｒ ｎ ｇ ，Ｓ ｈ ａ ｎ ｇ ｈ ａ ｉ Ｓ ｅ ｃ ｏ ｎ ｄ Ｐ ｏ ｌ ｙ ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｉ ｃ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ， Ｓ ｈ ａ ｎ ｇ ｈ ａ ｉ ２ ０ １ ２ ０ ９ ，Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
现象 。它可以在液一 液 、气 一 液 、气一 固和液一 固等任何两相界 面 之间作用。如活 性炭 净 水是 液 一 固 两相 界 面之 间 的吸 附作 用 ， 具有 吸附能 力 的多孔 性 固体 物质 （ 活 性炭 ） ，称之 为 吸 附剂 ； 水 中被吸附 的物 质 ，称 之 为 吸 附质 ；水 是 液相 介 质 ，称 为溶
吸附 的三大 因素 。
＼ 斟 目 ０ ｒ Ｊ
∞ 拍 如 档 ∞船 拍 铊 柏 弛 弘 ３ ． １ 吸 附条件 的影 响
邃 瓣 口 ０ ｕ ¨ ∞ 勰 弛 如
拍
３ ． １ ． １ 温
度
ｔ ／ ｈ
对 于放 热反应的吸附过程 ，低 温有利 于吸 附的进行 ，而吸
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图１ 不同炭样 在同一条件下 的 Ｃ Ｏ Ｄ去除率 比较
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性炭对饮用水 中有毒有害有机物的去除率 。
关键 词 ：水源污染；活性炭；有机物；表面改性 中图分类 号 ：Ｘ ７ ０ ３ ． １ 文献标 志 码 ：Ａ 文章 编号 ：１ ０ ０ １ — ９ ６ ７ ７ （ ２ ０ １ ５ ） ０ ４ — ０ ０ ４ ２ — ０ ３
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用水水质安全 ，在已有水处理工艺 的基 础上 ，研究 开发饮用 水 处理新技术 ，对 饮用水进行强化处理已刻不容缓。 自来水 中的有毒有害物质除 了重 金属外 ，其余 大部分 都为 有机物 ，且 自来水 中有机物 的种类繁 多 ２ 』 。活性炭作 为一种优
的六边形结构 ，确定 了其多体枳及 高表面积 的特点 ，比表面 积
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本文 主要对活性炭 的基本特性 以及活性炭 去除水 中有机物
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活 性炭 对 水 中有 机 物去 除 的研 究进 展
徐 丽 军
（ 上海第二工业大学环境与材料工程学院，上海 ２ ０ １ ２ ０ ９ ）
１ 。 ２ 表面 化学 特性
活性炭 的吸附性 能不仅取决于其物 理结构 ，更 取决 于其表
面 化 学 性 质 。 表 面化 学 特 性 一 般 与 活 性 炭 的原 材 料 、表 面 官 能
法 ，以期提高活性炭对水 中有机物 的去除率 。
１ 活性炭 的基本性质
活性 炭是一种 多孔径 的炭化 物 ，有极 丰富 的孔 隙构造 ，具 有 良好的吸附特性 ，它的吸附作用藉物理 及化学 的吸咐力 而成
４ ３
等 。Ｂ ｏ ｅ ｈ ｍ 在研究活性炭材料表 面的含氧 官能 团的表征 手段 时 ，指 出活性 炭材 料 表 面可 能存 在 下 面几 种 含 氧官 能 团 ：羰 基 、酸酐 、乳 醇基 、羧基 、醌基 、醚基 、内酯基 、酚 羟基 。
２ 活性炭 的吸附作用
活性 炭吸附是物质 的浓度在相 界面上 自动发 生累积 或富集
水 是人类生活不可缺少的重要物质 ，水 资源是 人类赖 以生 存 的物质基 础… 。随着社会 的快 速发展 ，水资 源紧缺和水环 境
的 ，其 外观色泽呈黑色。其成份除 了主要 的碳 以外 ，还 包含 了 少量的氢 、氮 、氧 ，其分子结 构形似 一个六边 形 ，由于不规则
污染问题 日益严重 ，人们对水质 的要求 不断升 级 ，饮用水水 质 安全成为了影响人类健康和经济发展 的重大 问题 。为 了保 障饮
团的种 类与数量 、表面杂原子 、化合物 的种类 与状态等 因素有
关 ，不同的表面官能团 、杂原子 、化合物 会影 响活性炭 的表 面
酸 碱 性 、 亲 疏 水 性 、催 化 性 能 、表 面 润 湿 性 、吸 附 选 择 性 能
第４ ３卷第 ４期
徐丽军 ：活性炭对水 中有机 物去除的研究进展
热反应 ，升温则 有利 于吸附进行 。张曼曼 研 究发现核桃壳基 活性炭 （ Ｎ Ｓ Ａ Ｃ ） 对孔雀石绿 （ ＭＧ） 的吸附量随着温度 的升 高而增 加 ，说 明该 过程 是吸热反应 ，升高温度有利 于对 ＭＧ的吸 附。
３ ． １ ． ２ 溶液ｐ Ｈ 活 性 炭 从 水 中 吸 附 有 机 污 染 物 质 的 效 果 ，一 般 随 溶 液 ｐ Ｈ
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由于活性炭 的特殊物理结 构和表面性质 ，在 吸附过程 中 与吸附质之间存在三种不 同的作用 力 ，即分 子间力 、化 学键 力
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即 ：物理吸 附、化学 吸附和离子交 换吸 附。物理 吸附 、化学 吸
附和离子交 换 吸 附往往 同时 存在 ，在活 性 炭 吸附法 处 理 过 程 中 ，利用 ３种吸附 的综合作用 达到去除污染物 的 目的。
３ 影 响 活 性 炭 去 除水 中 有 机 物 的 因素
吸 附条件 、有机 物性 质 、活性炭本 身的性 质是影 响活性 炭
摘 要 ：目 前我国大部分城市水源受到不同程度污染，在常规处理工艺不能有效工作的情况下 ，活性炭可作为饮用水处理
深度处理 、预处理的有效手段 。通过对活性炭的基本特性 、活性炭 的吸附机理 、活性炭 去除水 中有机 物 的影 响因素 以及 活性炭 表 面化学性质改性方法进行综述 ，总结归纳出可联合不 同的改性方法 对活性炭表 面进行改性 ，以达到更好 的改性效果 ，从 而提高 活
多方法 中，活性炭迄今 为止仍 是最 经济 和有效 的方法
及Ｅ ｔ 本 一 。
微 晶和碳氢化合物组成 ，属于非结 晶性物 质。其 固体 部分之 间 的问隙形成 了活性炭材料 的孔 隙 ，赋予活性 炭材料 特有 的吸附
性能 。 按 照孔 径 的 大小 可 分 为 微 孔 （ 直径 ＜ ２ ｎ ｍ） 、中孔 （ 直 径 ２～ ５ ０ ｎ ｍ） 和大孔 （ 直径 ＞ ５ ０ ｎ ｍ） 。微 孔 具 有 很 强 的 吸 附 作 用 ， 主 要 是 其 具 有 很 大 的 比表 面 积 ； 中孔 ，又 叫 中 间 孔 ，能 用 于 添
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１ ． １ 孔 结构 特性
活 性 炭 材 料 的结 构 比较 特 殊 ” ，从 晶 体 学 角 度 看 ，由 石 墨
质的吸附材料 被广泛 的应 用于水 处理 领域 ，是 由于其 具有 丰富 的孔 隙结构及其 巨大 的比表 面积 ，从而具有 良好 的吸附性 能 ，而且具有强度好 、不易被酸 、碱 等物质腐 蚀 的特性。在诸
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现象 。它可以在液一 液 、气 一 液 、气一 固和液一 固等任何两相界 面 之间作用。如活 性炭 净 水是 液 一 固 两相 界 面之 间 的吸 附作 用 ， 具有 吸附能 力 的多孔 性 固体 物质 （ 活 性炭 ） ，称之 为 吸 附剂 ； 水 中被吸附 的物 质 ，称 之 为 吸 附质 ；水 是 液相 介 质 ，称 为溶
吸附 的三大 因素 。
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对 于放 热反应的吸附过程 ，低 温有利 于吸 附的进行 ，而吸