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

　　工業(yè)廢水盡管對(duì)人和環(huán)境有害，但是未經(jīng)處理的含有無(wú)機(jī)污染物的廢水仍被排放到環(huán)境中。可能是傳統(tǒng)方法將他們從稀水溶液中除去花費(fèi)太貴了負(fù)擔(dān)不起，也有些工廠(chǎng)使用比較經(jīng)濟(jì)的活性炭來(lái)處理這種污染物。活性炭結(jié)構(gòu)堅(jiān)固，對(duì)沖擊和磨損具有很強(qiáng)的抵抗力，并且很容易與廢水分離。但是，普通的活性炭表面是高度疏水的并且具有很少的表面電荷，從而降低其對(duì)陰離子或陽(yáng)離子的吸附能力。本文講述了活性炭如何進(jìn)行表面活性劑改性，以提高其對(duì)無(wú)機(jī)污染物的吸附能力和影響吸附效率的關(guān)鍵因素。

　　表面活性劑改性活性炭在水處理中的應(yīng)用

　　機(jī)污染物和重金屬通常作為離子或含水離子絡(luò)合物存在于溶液中，使得活性炭不太好去除它們。增強(qiáng)活性炭表面以吸附無(wú)機(jī)污染物的一種技術(shù)是表面活性劑表面改性。由于其靈活性和簡(jiǎn)單性，這種方法是比較可行的。活性炭的表面活性劑表面改性是可以有效地增強(qiáng)其從水性介質(zhì)中去除無(wú)機(jī)污染物的吸附能力。在相同的實(shí)驗(yàn)條件下，由表面活性劑改性的活性炭除去的陽(yáng)離子或陰離子百分比通常大于未改性的活性炭。這種較高的吸收能力對(duì)于表面活性劑改性的活性炭是一致的，無(wú)論其活性炭來(lái)源以及粉末狀還是顆粒狀。

　　改性活性炭的吸附機(jī)制

　　未改性活性炭的表面特征表明它們具有官能團(tuán)，包括羧基(R-COOH)，酚(R-OH)和羰基(R=O)。羰基可與無(wú)機(jī)污染物絡(luò)合，而去質(zhì)子化的酸性官能團(tuán)可與重金屬離子結(jié)合。用于從水溶液中除去二價(jià)陽(yáng)離子的陰離子，十二烷基硫酸鈉表面活性劑改性活性炭的可能機(jī)制如下。

　　1：如果陽(yáng)離子在修飾后未被表面活性劑覆蓋，則陽(yáng)離子可與最初存在于原始活性炭上的少量活性結(jié)合基團(tuán)結(jié)合。

　　2：發(fā)現(xiàn)陽(yáng)離子可以與錨定在活性炭表面上的帶負(fù)電荷的陰離子表面活性劑基團(tuán)結(jié)合(離子交換)。

　　3：陽(yáng)離子和氫離子與陰離子表面活性劑的帶負(fù)電基團(tuán)之間可能的競(jìng)爭(zhēng)或抑制結(jié)合。

　　總體而言，陽(yáng)離子(陰離子)吸附到陰離子(陽(yáng)離子)表面活性劑改性的活性炭上的機(jī)理包括離子交換，靜電吸引，物理吸附或表面絡(luò)合，這取決于改性前原始活性炭上的表面官能團(tuán)的數(shù)量，比表面積，孔隙結(jié)構(gòu)。

　　影響表面活性劑改性活性炭去除百分比離子和/或特定離子吸收的因素可大致分為環(huán)境因子和表面活性劑性質(zhì)。環(huán)境因素包括工藝參數(shù)，例如污染物的初始濃度，接觸時(shí)間，溶液pH，溶液溫度，吸附劑濃度，離子強(qiáng)度和競(jìng)爭(zhēng)離子。表面活性劑和表面活性劑濃度的類(lèi)型也有助于活性炭從水溶液中吸附陽(yáng)離子或陰離子的總體有效性。

　　表面活性劑的類(lèi)型

　　表面活性劑可大致分為陰離子，陽(yáng)離子和非離子。目標(biāo)離子決定了活性炭所需的表面活性劑的類(lèi)型。這是因?yàn)閷?duì)表面活性劑對(duì)活性炭吸附離子機(jī)理的研究表明，離子交換通常是主要的機(jī)制，而靜電吸引，表面絡(luò)合和物理吸附等其它機(jī)制來(lái)進(jìn)行的。因此，如果陰離子是從水溶液中去除的目標(biāo)污染物，則需要適當(dāng)?shù)年?yáng)離子表面活性劑來(lái)改善活性炭。相反，如果陽(yáng)離子是目標(biāo)污染物，那么應(yīng)該選擇適當(dāng)?shù)年庪x子表面活性劑進(jìn)行改性。將表面活性劑錨定在活性炭表面上的靈活性使其成為吸引人的表面改性方法之一。

　　用于活性炭的表面活性劑濃度有助于其特定的污染物吸收。活性炭通常在其臨界膠束濃度附近顯示出最大的污染物吸收。活性炭需要有良好的微孔結(jié)構(gòu)以允許足夠的表面活性劑錨定以獲得高凈表面電荷并且使表面活性劑改性后的比表面積/微孔體積的減少最小化。溶液pH是影響改性活性炭吸附能力的關(guān)鍵環(huán)境參數(shù)之一，其變化可用于再生廢(飽和)活性炭。陽(yáng)離子改性活性炭對(duì)目標(biāo)陰離子的吸附容量隨著pH值低于pH pzc的降低而增加，但隨pH值升高到pH pz以下而降低。陰離子的吸附能力改性的活性炭與pH值高于pH增加靶向陽(yáng)離子增加PZC但在pH值低于pH降低而降低PZC。總之，表面活性劑改性是一種簡(jiǎn)單但有效的方法，用于增強(qiáng)活性炭的吸附能力，以從水溶液中除去陰離子或陽(yáng)離子。

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