新型材料碳纖維在水處理應(yīng)用中的研究

周揚(yáng) 周存彥（河南省新鄉(xiāng)市特種設(shè)備協(xié)會(huì)，河南 新鄉(xiāng) 453000）

新型材料碳纖維在水處理應(yīng)用中的研究

周揚(yáng) 周存彥（河南省新鄉(xiāng)市特種設(shè)備協(xié)會(huì)，河南 新鄉(xiāng) 453000）

近年來(lái)，水污染的問(wèn)題越來(lái)越嚴(yán)重，水處理工作刻不容緩。碳纖維是一種吸附性較強(qiáng)的材料，將其應(yīng)用到污水治理中具有較好的效果。本文對(duì)于碳纖維的性能進(jìn)行分析，并探討新型材料碳纖維在不同類(lèi)型水體的處理效果。

碳纖維；水處理；新型材料

隨著湖泊富營(yíng)養(yǎng)化程度的不斷加深，污染水的治理難度也日益增加，對(duì)于水處理工藝提出了更大的要求。尤其是低污染水，由于水質(zhì)極不穩(wěn)定，且具有水量大、污染度濃度較低等特點(diǎn)，傳統(tǒng)的水處理方法已經(jīng)無(wú)法較好地對(duì)其進(jìn)行處理，因此，需要尋找更加高效的治理方法。碳纖維材料作為一種新型材料，憑借其較高的吸附力與親和力，在水處理的應(yīng)用中取得顯著成效。

1 碳纖維的性能及對(duì)于水處理的意義

碳纖維是一種含碳量超過(guò)95%的新型纖維材料，具有高模量、高強(qiáng)度的特點(diǎn)，并且還有耐高溫（能在2000℃的環(huán)境下使用）、抗化學(xué)腐蝕（不受有機(jī)溶劑、強(qiáng)酸、強(qiáng)堿的腐蝕）、高熱導(dǎo)率等特點(diǎn)，其摩擦系數(shù)、熱膨脹系數(shù)均較小。同時(shí)，碳纖維還具有較好的吸附和催化性能。因此，碳纖維在應(yīng)用于水處理時(shí)，能夠有效吸附污水中的氮物質(zhì)、重金屬以及其他的大分子物質(zhì)，并且能夠有效促進(jìn)水中活性污泥的形成，降解污水中的有機(jī)物，從而達(dá)到凈化水質(zhì)的效果。碳纖維能夠有效解決傳統(tǒng)水處理工藝中難以解決的問(wèn)題，在水處理工作中取得顯著的成效。

2 碳纖維在水處理中的應(yīng)用

2.1 在飲凈化用水中的應(yīng)用

飲用水的凈化主要是通過(guò)吸附水中的大分子物質(zhì)，降低水的濃度以及毒害性等。這些物質(zhì)不但會(huì)影響飲用水的純凈度，并且還會(huì)危害人類(lèi)的健康。傳統(tǒng)的水處理工藝采用粗?；钚蕴紒?lái)對(duì)飲用水進(jìn)行處理，該處理方式對(duì)于飲用水的凈化效果并不佳，對(duì)于水分中一些有機(jī)物的去除效果并不理想[1]。碳纖維的孔面積以及比表面積較大，具有很強(qiáng)的吸附能力，能夠有效去除水中的大分子物質(zhì)。同時(shí)，碳纖維材料表面附有含氧官能團(tuán)、羥基、羧基等物質(zhì)，能夠有效吸附水中的二氯乙酸、三氯乙酸以及鹵乙酸等有機(jī)物，從而降低水體的污染程度。相關(guān)研究表明，碳纖維對(duì)于有機(jī)物的吸附能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出粗粒活性碳。碳纖維的比表面積越大，其對(duì)于鹵乙酸等有機(jī)物的吸附能力就越大。

2.2 在處理工業(yè)廢水中的應(yīng)用

工業(yè)廢水的處理主要是對(duì)于水中的有機(jī)染料、重金屬等進(jìn)行吸附處理。目前為止，碳纖維在處理工業(yè)廢水的應(yīng)用已經(jīng)涉及化工、制藥、印染以及造紙等方面，并且對(duì)于焦化廢水也有較好的吸附作用[2]。碳纖維在對(duì)于印染廢水的凈化過(guò)程中，主要通過(guò)物理吸附的方式，其對(duì)于有機(jī)染料的吸附能力與物理環(huán)境有很大的關(guān)系，因此，選擇合適的溫度對(duì)于提升吸附能力具有非常大的作用。而在造紙廢水的處理中，其吸附能力則會(huì)受到污染物濃度的影響，當(dāng)污染物（COD）的濃度在1000mg/L左右時(shí)，其吸附能力最高。對(duì)于不同的材料，適用的溫度也不同。例如，在對(duì)于有機(jī)染料的吸附過(guò)程中，溫度升高時(shí)，其吸附能力也會(huì)升高；在對(duì)于苯酚的吸附過(guò)程中，其吸附能力會(huì)隨著溫度的升高而降低[3]。除此之外，碳纖維對(duì)于重金屬也有一定的吸附效果，相關(guān)研究指出，采用聚丙烯腈基碳纖維能夠較好地吸附水中的銅離子和鉛離子，不但能夠達(dá)到凈化水分的效果，還能將重金屬進(jìn)行回收?？傊?，碳纖維在工業(yè)廢水處理中具有較好的應(yīng)用效果。

2.3 在處理富營(yíng)養(yǎng)化水的應(yīng)用

富營(yíng)養(yǎng)化水指的是在流速較慢的水中，氮、磷、鉀等元素大量排入，導(dǎo)致藻類(lèi)植物大量繁殖，產(chǎn)生大量的有機(jī)物，破壞生態(tài)平衡[4]。將碳纖維應(yīng)用到富營(yíng)養(yǎng)水的治理中，碳纖維能夠有效去除水中的NH4+-N、TP以及COD等，制約藻類(lèi)植物的繁殖，減少水中有機(jī)物的生成，可將其應(yīng)用于養(yǎng)殖場(chǎng)的廢水處理。相關(guān)研究表明，將碳纖維與曝氣進(jìn)行組合來(lái)治理富營(yíng)養(yǎng)水的效果更佳。采用碳纖維與曝氣對(duì)于養(yǎng)殖場(chǎng)廢水進(jìn)行處理時(shí)，其處理效果會(huì)受到曝氣強(qiáng)度以及水力停留時(shí)間的影響。一般說(shuō)來(lái)，曝氣強(qiáng)度約為1.5m3/h，且水力停留時(shí)間約為10小時(shí)的情況下，對(duì)于水中有機(jī)物質(zhì)的去除能力最強(qiáng)。

3 結(jié)語(yǔ)

新型材料碳纖維已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于水處理中，包括飲用水的凈化處理、工業(yè)廢水的處理以及富營(yíng)養(yǎng)水的處理等，并取得較好的成效，為水污染的治理做出了較大的貢獻(xiàn)。我們應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)于碳纖維材料的分析，研究碳纖維纖絲結(jié)構(gòu)所附著微生物的種類(lèi)及分布特征，不同掛膜方式對(duì)于吸附效果的影響等。通過(guò)對(duì)于碳纖維的深入研究，不斷提高其在水處理中的應(yīng)用效果。

[1]張小玲,王靖楠,施雪旖,林燕,王欣澤,孔海南.新型材料碳纖維在水處理應(yīng)用中的研究進(jìn)展[J].環(huán)境工程學(xué)報(bào)，2016，04:

1577-1583.

[2]章銳芬.厭氧生物-高效碳纖維生物塘組合技術(shù)處理農(nóng)村生活污水的應(yīng)用研究[J].廣東化工，2016，06:143-144.

[3]張毅,王偉民,王偉,朱偉,吳京,唐秋萍,李秀霞.一種活性碳纖維絲的改性方法和水處理填料裝置及其應(yīng)用[J].天津造紙，2016，01:19-23.

[4]齊鈺鵬,許菲,楊興桐,劉舒巍,王曉慧,海熱提.微納米曝氣強(qiáng)化碳纖維生態(tài)浮床水處理效果研究[J].水處理技術(shù)，2016，08:

104-108.

周揚(yáng)(1983-)，女，江蘇省揚(yáng)州人，職稱(chēng)學(xué)歷，研究生，研究方向化工類(lèi)水處理。