活性炭國(guó)家專精特新“小巨人”企業(yè)活性炭產(chǎn)學(xué)研合作

　　活性炭吸附廢水中的新興污染物，我們研究了很多生物質(zhì)制成的活性炭作為水中新興出現(xiàn)污染物的吸附劑應(yīng)用。該研究首先確定了在水流中常見的不同類型的新興污染物，描述了可用于合成活性炭的生物質(zhì)來(lái)源，并且描述了吸附劑的特性活性炭吸附新興污染物的部分?jǐn)?shù)據(jù)。

　　新出現(xiàn)的污染物

　　新興污染物是由于我們社會(huì)的新消費(fèi)習(xí)慣和新技術(shù)的發(fā)展而在低濃度廢水中發(fā)現(xiàn)的那些化合物。由于還沒意識(shí)到這些化合物的危害性，這些化合物的排放限制不太完善，從而導(dǎo)致環(huán)境污染。被視為新興污染物的化合物包括許多不同的物質(zhì)，如個(gè)人護(hù)理產(chǎn)品(PPCPs)，食品添加劑，增塑劑和殺蟲劑等。有些污染物的低濃度，通常在ng·L -1至μg·L -1的范圍內(nèi)，使得它們?cè)诔Ｒ?guī)水處理廠中的檢測(cè)和清除非常困難，因?yàn)橐话闼�處理廠沒有設(shè)計(jì)用于處理如此低濃度的污染物。只有開發(fā)和更多可用的新的和更準(zhǔn)確的分析技術(shù)，如液相色譜與質(zhì)譜聯(lián)用，才能檢測(cè)出這種新型污染物。對(duì)于以后廢水中這些化合物的允許濃度和嚴(yán)格的排放指標(biāo)可預(yù)見的未來(lái)發(fā)展，所以為新興污染物去除的研究是很有必要的。

　　制成活性炭的生物質(zhì)原料

　　生物質(zhì)例如碳水化合物，脂質(zhì)和蛋白質(zhì)，其可以被轉(zhuǎn)化成生物燃料和不同產(chǎn)品中的生物煉制概念。生物質(zhì)涵蓋所有形式的有機(jī)物質(zhì)，包括生物和廢物形式的植物，以及動(dòng)物廢物。它可分為兩種廢物或?qū)Ｓ媚茉醋魑铩Ｉ�物質(zhì)廢料包括農(nóng)業(yè)和森林殘余物，城市固體廢物，食品加工廢物和動(dòng)物糞便等。作為重要的生物能源，不能忽視從這些廢物中獲得的價(jià)值。如果有效利用，生物質(zhì)廢物可以用作合成高價(jià)值固體產(chǎn)品和/或化學(xué)品的原料，以及用于減少不可再生化石燃料來(lái)源的能量消耗。此外，固體廢物的使用還可以節(jié)省垃圾填埋空間并提高生物質(zhì)資源的價(jià)值。不同類型的生物質(zhì)原料總結(jié)在圖1中并在下面簡(jiǎn)要描述。

　　圖1.不同類型的生物質(zhì)原料。

　　活性炭的制造方法

　　一般而言，活性炭吸附劑可以由其組成中具有高比例碳的任何前體制造。因此，生物質(zhì)材料是活性炭吸附劑的理想前體。在這項(xiàng)研究中，生物質(zhì)在熱處理后得到生物炭，生物炭經(jīng)過(guò)進(jìn)一步活化，而在活化步驟后獲得活性炭。常見的生物質(zhì)材料如橄欖核等等。圖2顯示了生物質(zhì)的活性炭制造方法。生物炭通常在碳化時(shí)制備，而活性炭需要使用物理和化學(xué)活化產(chǎn)生更加發(fā)達(dá)的孔隙。合成的活性炭的孔隙率，表面化學(xué)和產(chǎn)率高度依賴于起始生物質(zhì)組成和合成中使用的操作條件。

　　圖2.來(lái)自生物質(zhì)的活性炭制造。

　　新興物污染物在生物質(zhì)制成的活性炭上吸附

　　由于新出現(xiàn)的污染物的去除在水凈化中受到特別關(guān)注，表1總結(jié)了目標(biāo)新興污染物，用作吸附劑的活性炭的一些特征參數(shù)(包括生物質(zhì)前體和活化劑)，活性炭吸附研究中使用的溫度和pH以及吸附能力，可以從以前研究過(guò)的項(xiàng)目中獲得數(shù)據(jù)。

　　由于這些吸附劑的特性的多樣性，污染物分子的化學(xué)性質(zhì)和吸附條件，很難建立活性炭吸附新興污染物的一般關(guān)系。然而，通常認(rèn)為吸附通過(guò)有時(shí)可同時(shí)發(fā)生的不同機(jī)制進(jìn)行，包括：(1)活性炭的石墨烯層的π電子與吸附物的芳環(huán)的π電子之間的分散相互作用;(2)供體-受體相互作用，涉及作為供體的氧表面基團(tuán)(例如羰基)和作為受體的有機(jī)污染物的芳環(huán);(3)吸附劑-吸附物靜電相互作用和氫鍵。盡管如上所述，難以建立一般的吸附機(jī)理，但可以假設(shè)一些一般性陳述：(a)吸附機(jī)理是復(fù)雜的，涉及靜電和吸附劑-吸附物分散相互作用;(b)該過(guò)程由許多不同因素決定，包括吸附物溶解度，吸附劑和吸附物的疏水性以及π-π相互作用的強(qiáng)度;(c)π-π相互作用的強(qiáng)度取決于吸附質(zhì)特征和活性炭芳環(huán)官能度，后者可通過(guò)不同類型的處理進(jìn)行改性;(d)溶液的pH值對(duì)吸附機(jī)理起著至關(guān)重要的作用，因?yàn)樗鼤?huì)影響活性炭的表面電荷以及吸附物的電離和形態(tài)。。

　　使用生物質(zhì)廢物作為合成活性炭的原料的優(yōu)點(diǎn)，即：(i)廢物的重新評(píng)估;(ii)最終碳的成本較低，因?yàn)榍绑w可以低成本或非成本廣泛獲得;(iii)碳是從可再生資源中獲得的;(iv)由于其生物質(zhì)來(lái)源，碳燃燒不會(huì)增加大氣中的CO2積累。

　　水中出現(xiàn)的新興污染物很可能成為未來(lái)幾年的問題。因此，尋求新技術(shù)或開發(fā)現(xiàn)有技術(shù)對(duì)于確保安全和持續(xù)的供水至關(guān)重要。此外，由于資源和能源短缺，這些過(guò)程和技術(shù)必須具有經(jīng)濟(jì)和環(huán)境可持續(xù)性。在此背景下，目前的綜述強(qiáng)調(diào)了生物質(zhì)廢物作為活性炭制造的前體材料，對(duì)新興污染的吸附有著很大的潛力。不過(guò)主要研究的目的是活性炭的更多應(yīng)用方面。

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