活性炭國家專精特新“小巨人”企業活性炭產學研合作

　　廢水處理中活性炭的現狀

　　活性炭具有可調節的孔隙結構，良好的物理和化學穩定性，可變的比表面積，以及易于功能化的可能性。這為他們提供了新的屬性，并允許他們改善專有性能。本期主要介紹活性炭如何從水中去除污染物，例如重金屬離子，染料以及有機或無機分子。首先，說明了不同活性炭的一般概述。第二部分專門介紹一些應用，例如使用活性炭作為吸附劑。對于這些應用而言，似乎在不同規模下使用多孔材料對于廢水處理行業來說是非常有前途的。

　　不同形式的活性炭

　　活性炭在工業中被廣泛用于各種應用。每種應用都需要一種類型和形式的活性炭。市場上比較常見的如圖1所示，并在以下小節中介紹。

　　圖1：活性炭的形式：(a)活性炭粉末，(b)顆粒狀活性炭，(c)擠出活性炭，(d)浸漬活性炭，(e)活性炭布。

　　活性炭粉

　　它以尺寸小于100 µm的細顆粒形式出現，平均孔徑在0.15和0.25 µm之間(圖1a)。它們的特征是較大的外表面和深度減小的孔。這種類型的碳通常用于分批處理液體廢水。

　　顆�；钚蕴�

　　粒狀或粒狀活性炭由尺寸在0.5到10毫米之間的晶粒形成(圖1b)。這些晶粒以小孔徑，大內表面和相對小的外表面而聞名。這種類型的碳用于處理氣體和液體流出物。

　　擠壓活性炭

　　為了制造擠出的活性炭，將碳質原料磨細;將粘合劑添加到該粉末中以獲得糊狀物，該糊狀物通過擠出裝置產生確定的長度和寬度的擠出物(圖1c)。然后將這些擠出物焦化并在氣流下活化。這些材料用于氣相應用。

　　浸漬活性炭

　　活性炭也可以用試劑浸漬，以優化其對某些分子的吸附能力(圖1d)。因此，通過這種類型的材料有助于從氣體中除去某些雜質，而對于常規的活性炭吸附劑則是不可能的。

　　活性炭布

　　活性炭布是通過將粘膠或聚丙烯腈類型的合成前體組織碳化，然后進行活化得到的(圖1e)。這些織物是非常多孔的材料，具有非常高的比表面積，并且微孔的分布占總孔體積的90%。這些材料因其精細應用和催化作用而聞名。

　　活性炭在污水處理中的作用

　　長期以來，活性炭一直是工業領域中使用比較廣泛的材料之一，因為它在凈化液體和過濾氣體中起著至關重要的作用。但是，活性炭的制造和使用方面的創新是由對自然資源的再利用和防止環境污染的需求推動的。因此，就這些碳質材料的制造和再生而言，在優化這些碳質材料方面已經取得了許多進展。這已經促使冶金，石油，食品，化學和汽車等多個行業將活性炭用于多種用途。當前，活性炭的主要應用在于氣相或​​液相中污染物的吸附過程。實際上，活性炭屬于無定形碳，經過化學修飾，形成了多孔結構，大部分為微孔，具有表面功能，可為活性炭提供吸附各種化學物質的出色材料。這種吸附現象是由于存在范德華類型的物理力，從而導致界面處的被吸附物濃度高于流體中的被吸附物濃度。吸附也可能由碳表面上的活性位點和被吸附物之間形成的共價鍵引起，這類似于化學吸附現象。在廢水處理領域作用很大。

　　應該注意的是，對活化過程的理解是優化活性炭制備的基本步驟。實際上，各種化學，物理和物理化學方法被用于從不同的天然或合成資源合成活性炭�；瘜W處理涉及通過浸漬然后熱解使用活化劑，而物理過程涉及在蒸氣或二氧化碳存在下的高溫熱處理。但是，這兩種方法的組合也已用于生產活性炭。根據所采用的處理方法，很難預測碳的物理化學和形態特性�？磥硇螒B，物理化學，質地，通過改變活化時間和溫度以及所用前體的性質，活性炭的表面性質會發生顯著變化。活性炭表面的化學性質取決于存在于表面上的雜原子的類型，例如氧，氮，硫等。這些積累在表面上的雜原子或基團要么來自原材料本身，要么在活化過程中被引入。這在很大程度上與前體的性質有關。所有這些特性對于使用碳作為水溶液中污染物的吸附劑具有重要意義。實際上，污染物在活性炭上的吸附是一個復雜的過程，在涉及物理作用和/或化學鍵的過程中，各種相互作用可以共存。從而，可能發生的吸附機理為靜電相互作用，氫鍵，π-π堆積相互作用，孔填充，疏水相互作用，離子交換以及其他相互作用(n-π相互作用等)和絡合反應。圖2說明了在活性炭上吸附污染物的主要相互作用方法。

　　圖2：污染物與活性炭相互作用的推測機制。

　　活性炭多孔網絡通過孔填充機制促進了污染物的吸附。受吸附劑對污染物的親和力的影響。建議使用π-π堆積相互作用來吸附含活性炭的芳環上的芳族化合物。離子和可電離化合物的吸附過程中會遇到靜電相互作用。帶正電荷的化合物將傾向于吸附在帶負電荷的碳表面上，而陰離子化合物將與帶正電荷的部位結合。這些相互作用還涉及存在于活性炭表面上的官能團(羧酸，內酯，酚等)與被吸附物的官能團之間的弱相互作用力和氫鍵。實際上，碳表面上的極性基團促進了水的吸附，并促進了碳與含有負電性元素的被吸附物之間的氫鍵形成。

　　廢水處理中活性炭的現狀解釋了活性炭在生物學，材料化學，能量存儲，電化學和廢水處理等各個領域中的用途。活性炭由于其化學，結構和質地組成的多樣性而具有吸附特性，因此被廣泛用于水處理領域。這些性質與活性炭的前體和制備方法有關。我們簡單了介紹幾種活性炭在廢水中的應用，如果有什么不太了解的可以咨詢我們的技術。

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