活性炭改性方法及其在水處理中的應(yīng)用

【摘要】活性炭是用生物有機(jī)物質(zhì)（包括煤、石油和瀝青等在內(nèi)）經(jīng)過炭化、活化等過程制成的一種無定形炭。它具有多孔結(jié)構(gòu)、巨大的比表面積、吸附容量大、速度快和飽和可再生等特點(diǎn)，能夠有效地去除水中的臭味、天然和合成溶解的有機(jī)物、微污染物以及一些大氣中的污染氣體等，但是普通活性炭比表面積小、孔徑分布不均勻和吸附選擇性能差，故普通活性炭需要進(jìn)一步的改性，滿足實(shí)驗(yàn)和工程需要?，F(xiàn)在常采用工藝控制和后處理技術(shù)對(duì)活性炭的孔隙結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整，對(duì)表面化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行改性，進(jìn)而提高其吸附性能。

【關(guān)鍵詞】活性炭；改性方法；水處理

活性炭是一種吸附性很強(qiáng)的環(huán)境友好型吸附劑，有很好的吸附性能和催化性能?；钚蕴康脑蟻碓磸V泛并且具有很高的安全性和穩(wěn)定性，具有耐酸堿、耐熱、易再生等特點(diǎn)。實(shí)踐表明，活性炭對(duì)水中溶解的有機(jī)溶劑有很好的吸附性能，對(duì)水質(zhì)渾濁有明顯的澄清作用，并且能夠去除水中的異味、臭味等，還能夠過濾水中的微生物，因此在水處理行業(yè)中有著非常廣泛的應(yīng)用。本文就活性炭的改性方法和其在水處理方面的應(yīng)用進(jìn)行了簡述，旨在為活性炭及其改性產(chǎn)物在水處理行業(yè)中的應(yīng)用提供一定參考。

1、活性炭的改性方法

1.1表面氧化改性

表面氧化改性是通過氧化劑對(duì)活性炭進(jìn)行處理，從而使活性炭表面的官能團(tuán)發(fā)生氧化，提高含氧的官能團(tuán)（羧基、酚羥基、酯基等）數(shù)量，增強(qiáng)活性炭的親水性能，即極性，增強(qiáng)對(duì)極性物質(zhì)的吸附能力的改性方法，常用的氧化劑主要是雙氧水、硝酸、臭氧、高氯酸等。其中硝酸的氧化性最強(qiáng)，能夠產(chǎn)生許多的酸性基團(tuán)，其他氧化劑則相對(duì)溫和，可以用于調(diào)整活性炭的表面酸性。氧化改性后的活性炭材料表面幾何形狀更加均勻，并且使用不同的氧化劑能夠得到韓陽官能團(tuán)數(shù)量和極性不同的活性炭材料，其中，酸性含氧官能團(tuán)含量的多少與氧化程度有很大的關(guān)系。

1.2 活性炭表面化學(xué)性質(zhì)的改性方法

活性炭表面化學(xué)性質(zhì)的改變主要是通過一定的方法改變活性炭表面的官能團(tuán)以及表面負(fù)載的離子和化合物，從而改變其表面的化學(xué)性質(zhì)達(dá)到活性炭的吸附能力的提高?；钚蕴勘砻婊瘜W(xué)性質(zhì)改性方法可分為：表面氧化法、表面還原法、負(fù)載原子和化合物法、酸堿法等。在改性過程中常常聯(lián)合不同的改性方法對(duì)活性炭進(jìn)行改性，從而達(dá)到更好的改性效果。

1.2.1 表面氧化法

活性炭在適當(dāng)條件下經(jīng)過氧化劑進(jìn)行表面處理，以提高酸性基團(tuán)的含量，可以增強(qiáng)對(duì)極性物質(zhì)的吸附能力。氧化劑不同，改性后表面所含官能團(tuán)的種類和數(shù)量也不同，一般氧化程度越高，含氧官能團(tuán)越多。常用的氧化劑有：HNO3 、HClO、H2 SO4 、Cl2 、H2O2、（NH 4 ）S2O8等。

1.2.2 表面還原法

活性炭表面在適當(dāng)溫度下通過用還原劑對(duì)表面官能團(tuán)進(jìn)行還原改性，提高堿性基團(tuán)的相對(duì)含量，增強(qiáng)表面的非極性，從而提高活性炭對(duì)非極性物質(zhì)的吸附能力。常用的還原改性方法是通過H2 和N2 等惰性氣體對(duì)活性炭進(jìn)行的高溫處理得到含量較多堿性基團(tuán)和在 NO3 ·H20 水中的浸漬處理得到含量豐富的含氮官能團(tuán)。

1.2.3 負(fù)載原子和化合物法

負(fù)載原子和化合物法主要是根據(jù)活性炭的具有吸附性

和還原性，把活性炭浸漬在一定的溶液中，通過液相沉積的方法在活性炭表面引入特定的原子和化合物，把金屬離子進(jìn)入到活性炭表面，主要是利用活性炭的還原性，將金屬離子還原成單質(zhì)或低價(jià)態(tài)的離子。負(fù)載原子和化合物法是利用負(fù)載在活性炭上的原子和化合物與吸附質(zhì)之間的結(jié)合作用從而增強(qiáng)活性炭的吸附能力。常用的浸漬液有：Cu（NO3 ）2、CuCl2 、Na2CO3 、FeSO4 、FeCl3等水溶液。

2、改性活性炭在水處理中的應(yīng)用

2.1 去除水中有機(jī)物

Maruyama 等報(bào)道了用載有鉑的各種活性炭在氧化還原過程中，可以達(dá)到增強(qiáng)有機(jī)酸吸附作用的效果；潘紅艷等采用不同浸漬液對(duì)活性炭進(jìn)行改性，研究了去對(duì)苯酚的吸附，結(jié)果表明浸漬液改變了活性炭的脫附活化能，從而影響了吸附效果。李晶等也用不同浸漬液對(duì)活性炭進(jìn)行改性，研究了去對(duì)苯的吸附，結(jié)果也表明了改性后脫附活化能的改變。同時(shí)采用不同的改性方法對(duì)活性炭進(jìn)行改性，往往能夠達(dá)到更好的去除效果。

2.2 去除水中重金屬及重金屬離子

改性活性炭既可對(duì)水體中的無機(jī)污染物（如重金屬離子等）予以去除，又可對(duì)水體中的有機(jī)物予以去除（吸附作用機(jī)理）。通常而言，若引入氨基、羥基和羧基官能團(tuán)到粉末活性炭的表面，那么所得的吸附材料性能更佳，能夠更好地對(duì)污水中的重金屬離子進(jìn)行吸附。有學(xué)者對(duì)改性活性炭的吸附性能進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，將活性炭與HNO3溶液（溶液濃度為13.2mol.L-1）以4：1的比例來進(jìn)行混合，回流1h（回流溫度為100℃）之后，改變煤質(zhì)活性炭的性質(zhì)，研究結(jié)果表面：這種方法能夠?qū)⒒钚蕴繉?duì)于Pb2+ 離子的吸附量明顯提高，改性前后的飽和吸附量相差巨大，可以達(dá)到105倍。有學(xué)者在沸騰溫度下，將活性炭與HNO3 溶液（溶液濃度為13.2mol.L-1）以1：1的比例來進(jìn)行混合、氧化改性，然后再進(jìn)行加熱處理（加熱溫度為300-400℃），得出改性活性炭，這種改性活性炭的離子交換能力較強(qiáng)、陽離子交換容量較高，尤其是能夠很好地吸附交換Cr（Ⅲ）。有學(xué)者對(duì)活性炭用二乙基二硫代氨基甲酸鈉和四丁基銨來進(jìn)行化合物改性、負(fù)載原子改性，以便能夠?qū)㈦婂儚U水中的鋅元素、鉻元素、銅元素等全部去掉。吸附氣體類無機(jī)物的活性炭常采用負(fù)載原子和化合物法或微波進(jìn)行改性。

結(jié)語：

總之，改性活性炭能夠較好地吸附水體中的石油產(chǎn)品、酚類化合物、苯類化合物等有機(jī)污染物，而且還能夠有效地去除掉人工有機(jī)化合物、合成染料、亞甲基藍(lán)表面活性物質(zhì)、殺蟲劑、除草劑等其他方法難以去除的有機(jī)污染物，值得推廣應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

[1]黃偉，賈艷秋，孫盛凱.活性炭及其改性研究進(jìn)展[J].化學(xué)工業(yè)與工程技術(shù)，2006（05）.

[2]譚淑月.活性炭在水處理中的應(yīng)用探討[J].資源節(jié)約與環(huán)保，2016（07）.

[3]張小康，蔣豫，趙軍，吳光前.活性炭的表面改性技術(shù)及其應(yīng)用研究進(jìn)展[J].污染防治技術(shù)，2012（01）.