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1、活性炭
1.1 活性炭概述
活性炭要經(jīng)過系列工藝精加工而成,所以價(jià)錢高,但能夠回收二次運(yùn)用;活性炭纖維在纖維中填充微孔,其吸附能性炭是由有機(jī)原料經(jīng)過厭氧焦化和活性碰撞構(gòu)成的不規(guī)則炭?;钚蕴康奈胶?/font>消毒功用得益于它外表散布的許多細(xì)小孔隙和大的外表積。通常,依據(jù)外觀形態(tài),能夠分為粉末活性炭(PAC)、粒狀活性炭(GAC)、活性炭纖維(ACF)這3種。由于比外表積大,粉末活性炭有高吸附性能,同時(shí)制備原料來源廣,產(chǎn)品價(jià)錢低,但回收應(yīng)用難度大;與粉末狀活性炭相比,粒狀活性炭力和吸附速率是顆?;钚蕴康臄?shù)十至數(shù)百倍,活性炭纖維可用于各種有機(jī)工業(yè)廢水處理,去除水中的氯、苯、酚等有機(jī)物,還能夠處置染料廢水使其脫色。除此之外,活性炭纖維還能夠除去廢水中的金屬離子,如銀、汞等,但是,其運(yùn)用僅僅是20多年,工業(yè)上的應(yīng)用尚未成熟。
活性炭具有較強(qiáng)的吸附性能、出色的化學(xué)穩(wěn)定性、高力學(xué)強(qiáng)度、可再生等特性,普遍應(yīng)用于化工、環(huán)境管理、衛(wèi)生、飲食等領(lǐng)域。在當(dāng)今水污染嚴(yán)重的狀況下,活性炭能夠有效去除水中大多數(shù)有機(jī)污染物,重金屬,味道和顏色,具有重要的科學(xué)意義,在污水凈化范疇具有普遍的應(yīng)用可能性。
1.2 活性炭水處置原理
活性炭經(jīng)過外表對(duì)水中雜質(zhì)的吸附來到達(dá)改善水質(zhì)的目的。依據(jù)吸附物質(zhì)與被吸附物質(zhì)之間作用力的不同可分為物理和化學(xué)吸附?;钚蕴课?/font>性能的大小主要取決于孔徑的大小??讖降拇笮?/font>通常分為大中小三型,活性炭資料中多為小孔(孔隙直徑50nm為大孔)。首先,活性炭的物理吸附主要是由其本身龐大的微孔構(gòu)造發(fā)揮作用的,吸附的是能經(jīng)過這些孔隙構(gòu)造的雜質(zhì)。其次,活性炭的化學(xué)吸附是與被吸附物質(zhì)發(fā)作化學(xué)反響構(gòu)成吸附共價(jià)鍵?;瘜W(xué)吸附主要受吸附物質(zhì)外表雜原子、化合物、化學(xué)官能團(tuán)的數(shù)目和類型3個(gè)方面的影響。同時(shí),這些含氧、含氮官能團(tuán)自身也具備十分強(qiáng)的吸附性。在這兩種吸附作用的共同參與下,活性炭能夠充沛吸附廢水、污水當(dāng)中的雜質(zhì)、污染物,完成較好的水處置效果。
1.3 活性炭在污水凈化中的應(yīng)用
活性炭對(duì)水處置的請(qǐng)求很高,活性炭的價(jià)錢也很高。因而,在廢水處置廠,活性炭經(jīng)過去除廢水中的微量污染物到達(dá)深度凈化的目的。
1.3.1 活性炭處置含鉻廢水
鉻是電鍍中被普遍用作電鍍層的金屬原料。在廢水中,依據(jù)pH值的變化,C(rⅥ)會(huì)以不同的方式存在?;钚蕴烤哂懈叨?/font>發(fā)達(dá)的多孔構(gòu)造,比外表積大,物理吸附才能強(qiáng),可有效吸收Cr。此外,活性炭的表層還有許多靜電離子基團(tuán),例如羥基(-OH)、羧基(-COOH)等,它們也會(huì)對(duì)Cr產(chǎn)生化學(xué)吸附效應(yīng)。因而,活性炭物理吸附、化學(xué)吸附、化學(xué)復(fù)原一同作用才可使廢水中鉻的去除效果到達(dá)最佳。馬萬征等采用靜態(tài)實(shí)驗(yàn)的辦法,調(diào)查了活性炭加量、酸堿度、溫度等要素對(duì)廢水中Cr去除率的影響。研討標(biāo)明,當(dāng)處置劑中吸附質(zhì)0.6g•L-1、pH為4、溫度為20℃時(shí),鉻的去除率為97%。用活性炭處置廢水中的鉻,吸附性好,處置本錢低效率高,有很好的社會(huì)效益。
1.3.2 活性炭處置含氰廢水
在工業(yè)生產(chǎn)中,廢水中的氰化物分為兩類,一類為無機(jī)氰(氫氰酸及其鹽類),一類為有機(jī)氰或腈(丙烯腈等)。煤焦化、纖維生產(chǎn)、金屬電鍍和著色、礦石浮選、燃料、藥品及塑料加工等生產(chǎn)過程都會(huì)產(chǎn)生含氰廢水。長期以來,含氰廢水多用活性炭來去除。汪玲等應(yīng)用硫酸銅浸滯活性炭使其負(fù)載Cu2+,并調(diào)查了該活性炭對(duì)含氰廢水的處置效果。結(jié)果標(biāo)明,載銅活性炭加量為12g•L-1、廢水pH值為8、吸附時(shí)間為7h時(shí),可去除廢水中90%以上的氰。任大軍經(jīng)過靜態(tài)吸附研討了活性炭纖維對(duì)含氰廢水的吸附效果。結(jié)果標(biāo)明,活性炭纖維由于其具有憎水性,故對(duì)氰的吸附量不大,吸附時(shí)間較長達(dá)6h;但用10%的NaOH處置吸附飽和后的活性炭纖維可使其再生,可反復(fù)運(yùn)用。隨著研討的深化,雖然活性炭對(duì)含氰廢水的處置效果越來越好,但廢水中仍有少量剩余的氰根和氰化氫,處置不徹底且本錢也相對(duì)較高。
1.3.3 活性炭處置含酚廢水
在工業(yè)生產(chǎn)中,石油化工廠、樹脂廠、焦化廠及煉油化工廠皆會(huì)產(chǎn)生含酚廢水。實(shí)驗(yàn)研討標(biāo)明,溫度和酸堿度是影響活性炭對(duì)苯酚吸附效果的主要要素?;钚蕴繉?duì)苯酚的吸附均衡時(shí)間會(huì)隨著溫度的升高而縮短,但溫度太高會(huì)使吸附量受損;pH值對(duì)廢水中酚的吸附效果有著明顯的影響,當(dāng)pH值小于或等于7時(shí),廢水中酚的含質(zhì)變化不大;當(dāng)pH值大于7后,酚的含量明顯降落,堿性過強(qiáng),吸附效果也會(huì)變差。原資料品種和活化辦法根本決議了活性炭的比外表積和對(duì)苯酚的吸附性能。MA等研討了活性炭原資料的品種對(duì)廢水中苯酚吸附效果的影響。結(jié)果標(biāo)明,竹質(zhì)活性炭對(duì)苯酚的吸附效果好于椰殼活性炭好于煤基活性炭。
1.3.4 活性炭處置含油廢水
據(jù)材料統(tǒng)計(jì),2017年,世界水資源遭到了500~1000t石油污染,水產(chǎn)資源遭到嚴(yán)重虐待,人類安康遭到極大危害。因而,很有必要處置含油廢水,維護(hù)水資源。作為一種非極性吸附劑,活性炭是最常用于凈化含油廢水的資料。與其它吸附劑相比,活性炭具有極大的比外表積和豐厚的微孔構(gòu)造,因此有好的吸油性,可去除廢水中的分散油、乳化油、溶解油及其它有機(jī)物。李裕華應(yīng)用粉末活性炭對(duì)含油污水實(shí)行萃取和吸附處置,結(jié)果標(biāo)明活性炭對(duì)烴類污染物的萃取率均勻可達(dá)96.0%,在酸性條件下,活性炭對(duì)芳烴具有良好的吸附效果。陳曉玲經(jīng)過實(shí)驗(yàn)考證了活性炭處置含油廢水的最佳條件。實(shí)驗(yàn)結(jié)果標(biāo)明,廢水中油的去除效果與活性炭的粒徑、添加量及酸堿度有親密的關(guān)系?;钚蕴繉?duì)油的吸附量隨著加量的增加而增加;當(dāng)活性炭加量一定時(shí),粒徑越小,其關(guān)于油類及COD的去除率越高;此外,加量與粒徑相同時(shí),中性條件下油的去除率最低,酸性條件的去除率高于堿性條件去除率。該辦法的優(yōu)點(diǎn)是操作簡(jiǎn)單,處置效果好,同時(shí),能夠到達(dá)回收有機(jī)物,取得一定經(jīng)濟(jì)效益的目的;缺陷是活性炭普通用作含油廢水的微量或低濃度處置,緣由是其價(jià)錢昂貴,再生艱難,運(yùn)用量遭到限制。隨著研討者不時(shí)的研發(fā),新型吸附資料如焦炭、收縮石墨等也可用于去除廢水中的油,并獲得了較好的吸附效果,可作為活性炭的替代品。
2、改性活性炭
2.1 改性活性炭改性機(jī)理及研討現(xiàn)狀
在活性炭應(yīng)用范疇逐步擴(kuò)展以及多功用吸附的形勢(shì)背景下,活性炭吸附資料的需求量及性能的請(qǐng)求也越來越高。目前,常規(guī)活性炭已不能滿足某些特殊環(huán)境的應(yīng)用需求。因而,急需改善活性炭的性能以滿足各種環(huán)境的應(yīng)用。眾所周知,資料與外界發(fā)作作用主要依托其外表物理化學(xué)性質(zhì)而起作用(包括電荷、化學(xué)成分、親疏水性、形態(tài)等)。因而,要想進(jìn)步活性炭的吸附性能,改動(dòng)活性炭資料外表物理化學(xué)性質(zhì)是關(guān)鍵,這將對(duì)該行業(yè)產(chǎn)生重要的學(xué)術(shù)意義和廣大的應(yīng)用前景。
為改善活性炭內(nèi)在的微孔構(gòu)造和外表化學(xué)性質(zhì),能夠從物理、化學(xué)和物理化學(xué)結(jié)合3個(gè)方面動(dòng)手。由于聚合物構(gòu)造、性能的優(yōu)越性以及改性辦法的多樣性,用聚合物在活性炭外表實(shí)行改性已成為改性活性炭研討的一大熱點(diǎn)。目前,國內(nèi)眾多學(xué)者已對(duì)活性炭改性展開了研討。例如,將3-苯氧基苯甲酸原位聚合在活性炭纖維外表,能夠顯著提升納米復(fù)合資料的氧化熱穩(wěn)定性,有利于進(jìn)步其在污水凈化中的耐溫性。王改娟等將丙烯酰胺聚合在活性炭孔內(nèi),制備了一種多孔聚丙烯酰胺-活性炭納米復(fù)合資料,大大增加了資料對(duì)酚類物質(zhì)的吸附量。張際亮等,分別將甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸和2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(PAMPS)原位聚合在活性炭孔內(nèi),制備多孔聚合物-活性炭功用復(fù)合吸附資料,該復(fù)合資料可選擇性吸附水中的重金屬離子,并保存水中對(duì)人體有利的金屬離子和礦物質(zhì)。
2.2 改性活性炭在污水凈化中的應(yīng)用
2.2.1 去除水中有機(jī)物
去除水中有機(jī)污染物是活性炭在污水凈化范疇的重要應(yīng)用之一。研討標(biāo)明,在活性炭氧化還原過程中對(duì)其外表實(shí)行改性處置,使其外表載有鉑,可加強(qiáng)活性炭對(duì)有機(jī)酸的吸附;經(jīng)過浸滯的辦法使活性炭的活化能改善,大大加強(qiáng)了活性炭對(duì)水中苯酚的吸附效果;依據(jù)硫元素的不同物化性質(zhì)從而采用不同的方式對(duì)活性炭實(shí)行改性,可選擇性吸附不同價(jià)態(tài)的有機(jī)硫化物。由此可見,應(yīng)用不同的改性措施處置活性炭可確?;钚蕴繉?duì)水中不同有機(jī)物的吸附去除。
2.2.2 去除水中重金屬及離子
改性后的活性炭不只加強(qiáng)了對(duì)水中有機(jī)物的去除,還能夠加強(qiáng)其對(duì)重金屬等無機(jī)污染物的吸附才能。通常地,對(duì)粉末狀活性炭實(shí)行二次外表處置,在其外表賦予能與重金屬及重金屬離子發(fā)作反響的官能團(tuán),如羧基、羥基、氨基,達(dá)到去除水中重金屬的目的。
2.2.3 去除水中其他雜質(zhì)
當(dāng)活性炭氧化過程中的煅燒溫度大于800℃時(shí),對(duì)陰離子的交流容量也會(huì)相應(yīng)地加強(qiáng),完成對(duì)水中陰離子的去除。研討標(biāo)明,經(jīng)過氧化劑對(duì)活性炭中的復(fù)原官能團(tuán)實(shí)行改性使其具有氧化性,可吸附水中的亞硝酸根離子;另外,經(jīng)NaOH等化學(xué)藥劑改性后的活性炭可起到常規(guī)活性炭不能去除水中殺蟲劑的成效。
3、總結(jié)與瞻望
近年來,活性炭在污水處置方面盡管獲得了一定的成果,但是也存在許多問題。在廢水處置過程中,由于活性炭的大比外表積、生物相容性和濕潤環(huán)境,提供了細(xì)菌、真菌及其它微生物生長的環(huán)境,對(duì)生態(tài)環(huán)境形成了危害。因而,如何控制細(xì)菌、真菌等微生物的繁衍是活性炭在污水處置過程中急需處理的難題。
盡管在改性活性炭方面已獲得了一定成果,但該方面的研討仍處于一個(gè)起步階段,許多改性的理論及機(jī)理問題尚不明白,造成改性活性炭的吸附性能得不到進(jìn)一步的提升,也限制了改性活性炭在實(shí)踐消費(fèi)的中的應(yīng)用。
綜上所述,活性炭要想在污水凈化范疇被普遍應(yīng)用需求攻克以下幾個(gè)難點(diǎn):
(1)研討開發(fā)既能抑止細(xì)菌生長又能避免細(xì)菌粘附的活性炭吸附資料。
(2)完善活性炭改性機(jī)理,研討開發(fā)簡(jiǎn)單快捷的活性炭改性辦法。
(3)應(yīng)向著智能高效方向開展,開發(fā)可選擇性吸附、高效、價(jià)格低廉的再生活性炭吸附材料。