活性炭在污水處理中的應用

劉宗亮++陳明功++張濤

摘要 活性炭是無定形的炭黑粉末或顆粒、塊狀、蜂窩，具有有序的晶體碳，具有極其豐富的孔隙結構和巨大的表面積。因其良好的吸附性和豐富的孔隙結構等特點，而被廣泛應用于工業、醫藥、農業、環境等領域。綜述了活性炭的特點、結構、表面化學性質和活性炭的改性，并總結了活性炭在廢水處理中的應用。

關鍵詞 活性炭；吸附性；污水處理技術；應用

中圖分類號 X703 文獻標識碼 A 文章編號 1007-5739（2016）22-0171-02

Abstract Activated carbon is amorphous carbon black powder or particles，showed block and honeycomb，with an orderly crystal carbon，extremely rich pore structure and huge surface area. Due to its good adsorption and rich pore structure，it has been widely used in industry，medicine，agriculture，environment and other fields.This paper summarized the characteristics，structure，surface chemical properties and modification of activated carbon，as well as the application of activated carbon in waste watertreatment.

Key words activated carbon；adsorption；waste water treatment technology；application

活性炭具有優越的吸附能力和巨大的孔隙結構，在多個自然科學領域中被廣泛運用。近年來，隨著國內環境的不斷惡化，對水環境治理技術的不斷深入研究也成為了人們關注的焦點，活性炭也因其自身所具備的優越特性，在水環境治理領域大顯身手，逐漸被人們所熟知。它強大的吸附能力，能夠將水體中的懸浮顆粒物、重金屬、一些有毒有害物質有效地去除[1]。在污水凈化領域中有重要的意義和廣闊的應用前景?；钚蕴吭诙囝I域的大量使用，其本身所具備的特性已不能滿足現代工藝的要求。因此，從經濟和產業運行工藝角度出發，改變活性炭分子結構，優化原本的功能特性，使其在污水凈化領域中發揮更大作用。

1 活性炭材料的改性

活性炭的成分除了主要的碳成分，還含有少量的氧和氫，由于不規則的六邊形結構構成了活性炭多微孔體積和高表面積的特性[2]?；钚蕴康奈阶饔弥饕Q于活性炭孔道結構的分布、比表面積的大小等，因此從這些角度出發，通過物理和化學方法改變活性炭材料分子結構，從而實現活性炭的改性，優化其結構性能。

1.1 活性炭表面物理結構的改性

活性炭的表面物理結構包括活性炭的比表面積、孔體積、結構和孔徑分布，活性炭的吸附性則能受孔徑大小和吸附表面積的限制，表面積越大，孔徑與被吸附顆粒物相當，吸附效果越好?？梢酝ㄟ^熱收縮法、浸漬覆蓋法氣相熱解等物理方法，提高活性炭的孔隙結構和表面積的比例、孔徑大小及其活性炭材料的吸附表面結構，以達到改善活性炭材料的物理吸附性能的目的[3]。

1.2 活性炭表面化學性質的改性

活性炭分子結構中存在不飽和鍵，在活化過程中，氧與其他原子之間形成各種官能團，因而活性炭表現出多種吸附特性，如選擇性、酸堿性、催化特性等。因此，從活性炭的分子結構出發，利用物理和化學方法改變活性炭表面的官能團結構，使其成為特定吸附過程中的活性點，從而可以控制其親水/疏水性能以及與金屬或金屬氧化物的結合能力[4-5]。表面化學性質的改性主要由兩方面決定：一是制備方法，即活化工藝；二是后處理技術，即表面改性技術?；瘜W方法包括氧化修飾、金屬改性、酸堿改性及電化學改性。

2 活性炭材料在生活污水處理中的應用

水污染主要來源有兩大方面，即工業廢水和生活廢水。生活廢水除了包括人們日常生活中產生的廢水外，還包括農業生產過程中所產生的廢水，這主要集中在農村廣大地區?；钚蕴孔鳛橐环N重要的吸附劑在農業、醫學、環境等多個領域被廣泛應用，改性活性炭具有比較強的吸附作用和催化作用，可再生、環保、安全性高，在水環境治理方面已被廣泛使用。

2.1 影響活性炭水處理的因素

2.1.1 活性炭的性質。因為活性炭的吸附作用主要在材料的表面和孔道內進行，比表面積越大，孔隙與吸附粒子的尺寸大小相當，吸附性能越好。通過對活性炭材料物理結構的改性對孔隙大小和比表面積的調整，使活性炭的微孔尺寸與吸附分子尺寸相當，實現活性炭吸附性能的最佳化。

2.1.2 吸附質的性質。一是溶解度?；钚蕴苛己玫奈叫钥梢詫⑺写蟛糠值挠袡C污染物、重金屬、懸浮大顆吸附。溶解度越小，越易被吸附[6]。二是溶液pH值的影響?；钚蕴繌乃形接袡C污染物質的效果，一般隨溶液pH值的增加而降低，pH值高于9.0時，不易吸附，pH值越低時效果越好[6]。三是溶液溫度的影響。吸附過程是污染物分子被吸附到固體表面的過程。溫度高，分子運動加劇，不利于吸附作用。吸附過程是放熱過程，所放出的熱稱為該污染物在此固體表面上的吸附熱。吸附熱越大，溫度對吸附的影響越大[7]。而且，對一般物質而言，溫度越高，溶解度越大，因此對吸附效果也有影響。除此之外，吸附操作條件、多組分吸附質共存等都會影響活性炭的吸附效果，在實際應用中，應多種因素綜合考慮，設計最佳吸附條件，實現吸附效果的最優化。

2.2 活性炭材料在污水處理中的應用

活性炭作為現存比較理想的吸附劑，其獨特的分子結構，較強的吸附性和催化功能，耐酸堿、耐高溫、易再生、不會產生二次污染等優點，受到人們青睞?；钚蕴靠捎行У匚剿械挠袡C物、顏色、臭味、油、苯酚等，對水質渾濁有明顯澄清作用。

活性炭吸附方式有固定床、移動床、流動床和接觸式吸附，其中粉末活性炭的吸附方式只有接觸吸附一種。粉末活性炭吸附水中雜質是一個極其復雜的過程，是幾種作用力共同作用的結果，包括離子吸引力、范德華力等[8]。因為粉末活性炭具有投放簡便、設備投資省、價格便宜等優點，在歐美等國家的污水處理中被廣泛使用。近些年，隨著環境的不斷惡化，水污染問題日趨嚴重，水質凈化對活性炭的需求量增大，我國對粉末活性炭的研究和應用也在不斷加深認識，并取得了一定成果。在不斷的實踐中，顆?；钚蕴康膬烖c也日益凸顯出來。顆?；钚蕴窟^濾吸附床去除臭味的使用壽命為3年，而且具有良好的過濾性能，使濾出水濁度達到0.5度以下[9]。隨著對活性炭凈化技術的深入研究，一些新興活性炭凈化技術應運而生，將逐步被應用到實際工程中。對于生活污水的處理，BAC技術在處理污水中獲得了較好的效果，備受青睞。特別是該方法結合了物理吸附和生物降解兩者的優點，在去除非離子合成表面活性劑方面有良好的效果。研究表明，BAC使廢水中的活性炭吸附和微生物對有機物的降解活性可達到活性炭的吸附為微生物提供充足的營養物質和生物對活性炭的再生提供可能的雙重作用[10]。

活性炭在污水治理領域的大面積使用，使水環境的治理取得一定成果。然而同樣存在許多問題，在處理污水過程中，活性炭由于巨大的比表面積、良好的生物相容性和濕潤的環境，為細菌、霉菌等微生物提供了良好的生存環境，微生物過量的生長繁殖造成水中細菌總數超標。微生物可以將水中氨氮轉化為亞硝酸鹽，其代謝產物會對已凈化水體造成二次污染。因此，細菌、霉菌等微生物的滋生是活性炭在污水處理過程中的主要問題[11]。鑒于目前活性炭在工業、農業、環境等各個領域中的重要作用，其本身所存在的功能已不能滿足在生產工藝中的要求。隨著對活性炭材料的表面化學性質和表面化學結構的改性方法的深入探究，未來的活性炭材料應向著高效、智能、簡便的方向發展。

3 參考文獻

[1] 彭怡，古昌紅，傅敏.活性炭改性的研究進展[J].重慶工商大學學報（自然科學版），2007（6）：577-580.

[2] 陳玉芳.活性炭在凈水處理中的應用[J].黑龍江科技信息，2008（6）：53.

[3] ANIA C O，CABAL B，PEVIDA C，et al.Effects of activated carbon properties on the adsorption of naphthalene from aqueous solutions[J].Applied Surface Science，2007，253：5741-5746.

[4] BHATNAGAR A，HOGLAND W，MARQUES M，et al.An overview of the modification methods of activated carbon for its water treatment applic-ations[J].Chemical Engineering Journal，2013，219：499-511.

[5] ZHAO Ying，WANG Ziqiang，ZHAO Xin，et al.Antibacterial action of silver-doped activated carbon prepared by vacuum impregnation[J].Applied Surface Science，2013，266：67-72.

[6] 馬青蘭，王增長，李敏敏，等.活性炭凈化廢水處理研究[J].新型炭材料，2002（1）：59-61.

[7] 金博君.活性炭在凈水處理中的應用[J].黑龍江科技信息，2012（14）：44.

[8] 王煥英.活性炭凈化技術在生活污水處理中的應用[J].綠色科技，2012（3）：170-171.

[9] 賈長娟，李洪升，張偉.淺談活性炭在水質凈化中的作用[J].黑龍江紡織，2002（1）：22-23.

[10] 商靜宇.生物活性炭技術在水處理中的應用研究[J].能源與環境，2009（5）：50-52.

[11] 宮銘.活性炭在污水凈化領域應用的研究進展[J].材料導報，2015（增刊2）：433-436.