活性炭在大氣污染防治中的應用

摘 要：隨著社會經濟發展，人類的生產活動和生活活動越來越頻繁。人類生產與生活的各個領域對大氣質量影響的越來越大。大氣污染已經成為二十一世紀人類共同面臨的環境問題。大氣污染影響了人類生存質量，同時也給人類的工作和生活帶來了很多影響。因此，大氣污染的防治工作是當今社會發展中環境治理內容。活性炭自身擁有良好的吸附功能，并在大氣污染防治中被廣泛應用，它能夠對空氣中有害顆粒進行吸附，起到凈化空氣的作用。

關鍵詞：活性炭；屬性；性能大；氣污染防治；應用

1 活性炭的結構和性能研究

活性炭是一種碳類，是一種新型高效纖維吸附材料，其是墨色的無定形碳素物質。活性碳分子互相重疊，并且其羅列結構呈三角形，具有很強的穩定性。活性炭是非晶體物質，對大氣污染物具有極強的吸附作用。活性碳是石墨微晶，活性炭內部的結構比較復雜，但其微孔結構比較發達，碳分子之間有可以讓其他分子通過的細孔，活性碳的直徑比較小，所以增加了其對其他物質的吸附面積，吸附力較強，自潔能力很強，可以重復使用。同時活性碳并不容易讓所吸附的污染物擴散，保證其自身的吸附效果。活性碳一般對SO2、NOX、CO、H2S、VOCS等氣體的吸附功能較強，另外對NH3、有機廢氣和氙氣的吸附能力也很強。活性碳的吸附分為物理吸附和化學吸附，活性碳的物理吸附功能是指，活性碳的物理吸附是指活性碳可以吸附空氣中的粉塵和其他顆粒，達到凈化空氣的作用。而化學吸附是指活性碳吸附空氣中的二氧化硫等化學污染物質，從而產生化學反應，降低空氣中二氧化硫等物質的含量，穩定空氣中的PH值。在現代的工業生產的廢氣中，主要成分是：SO2、NOX。這兩種污染物質對大氣和人體的危害極大，以下筆者從兩個方面來闡述活性碳的化學吸附功能。從總體來講，活性碳的主要化學吸附功能分為活性碳脫硫功能以及活性碳脫硝功能。（1）活性碳的脫硫功能。活性碳脫硫功能的原理是：空氣中的二氧化硫被活性碳吸附在表面，在氧化的作用下，SO2被氧化成SO3，并且在被活性碳所吸收的水分的作用下，生成了硫酸，從而消除了空氣中的二氧化硫的含量。活性碳作為脫硫劑可以循環使用，日本是最早把活性碳作為重復利用的脫硫催化劑進行使用的國家，并且相關研究發現，活性碳在適當溫度和濕潤的環境下能夠充分的與SO2進行化學反應，脫硫的效果更好。在現代工廠中，把排放的帶SO2的工業廢氣通過炭床，達到廢氣脫硫的效果，將反應后的產物硫磺保存下來投入其他的生產。活性碳脫硫的技術起步在我國比較晚，如果對活性碳進行酸堿成分的改良，消減可溶性物質的含量，提高活性碳的吸附面積，同時可以利用金屬與SO2間較強的結合力來提高吸附性能。（2）活性碳的脫硝功能。活性碳的脫硝功能的原理是：活性碳脫硝的過程是一種催化氧化的過程，具體來說活性碳吸附廢氣中的NO，在有氧的狀態下，NO被氧化成NO2，同時在遇到活性碳的吸附面時，也會容易被氧化，并且在吸附表面水分充足或者空氣中水分充足的條件下，由于NO2易溶與水，并且在活性碳吸附NO后在負載金屬的催化中，NO中的N轉化成N2，并且在水分子作用下，NO2會與水產生化學反應，產生HNO3，這樣就通過活性碳改變NO有毒性質，降低了空氣中的NO含量，達到凈化空氣的效果。在實際的氧化過程中，活性碳作為一種催化劑，其上面的微孔促進了NO與氧氣的化學反應。活性碳的脫硝功能應用相對較晚，但是幾年來很多研究在如何增強活性碳的脫硝效率方面都取得了不小的進步，通過觀察，活性碳的微孔無論對脫硫或者脫硝都有的重要的意義，所以在活性碳的酸堿性上做了些改動并已經收獲了成效。但是目前，工廠對SO2和NOX的處理是單獨分開的，相信在不久的將來這種情況會有更好的改觀。（3）另外，活性碳對于其他氣體污染物的吸附效果也很顯著。活性碳的吸附作用和催化作用都十分明顯，所以，對吸附CO、H2S還有易揮發的VOC、甲醛、苯、苯乙烯都有很顯著的效果。并且研究發現，通過對活性碳性質的改良以及改變其金屬負載可以有效的提高其吸附的功能和催化功能，并且其可以作為光催化劑吸附低濃度的污染物，提高催化反應的效率，并且能夠延長活性碳的使用壽命。

2 活性碳在大氣污染治理中的優勢和應用

活性碳是一種天然的吸附劑，其體積小，吸附能力卻很強，由于碳粒中的結構非常緊湊，所以活性碳的結構比較穩定而且凈化能力很強。其吸附的大氣污染物種類很多。活性碳的催化劑功能也比較顯著，活性碳和載持物之間有大量的絡合物，絡合物使得催化劑活性得到很大的提升。同時活性碳有很發達的微孔結構，內表面積有很好的吸熱和耐熱性。活性碳的機械性也很優良，具有很強的抗摩擦性能和韌性。活性碳的化學吸附性能也很強，它能與很多化學元素反應，產生氧化反應，從而把有毒的化學氣體如SO2、NO等轉化為硫酸和HNO3等對大氣沒有影響的氣體。經過及時年代的開發與研究，科學家在很多領域已經研制出高性能的活性碳纖維，日本是活性碳纖維生產和研制都比較領先的國家，活性碳的生產原料是黏膠纖維，瀝青纖維等天然纖維。為了提高活性碳的吸附性能，可以對活性碳進行改性，通過對活性碳的性質改良，對活性碳表面進行改進，在活性碳表面增加含氧官能團能夠增強活性碳表面的活性，從而增強活性碳對NOX和SO2的吸附能力。

活性碳在大氣污染防治方面的應用非常廣泛，近年來因為煤炭價格的上漲，很多制備活性碳的廠家開始利用廢料來合成活性碳，比如植物的外殼、秸稈、石油殘料、廢舊塑料和廢舊輪胎等，中國農業作物生產面積較大，農作物脫粒之后剩下的稻殼是極好的制作活性碳的原材料，利用谷物廢料制作活性碳可以減少對谷物外殼的浪費，實現廢物的資源化利用，同時具有較大的經濟利益和社會效益。活性碳在防治大氣主要污染物方面的應用范圍比較廣泛，其空隙發達，化學穩定性好而且價格低廉，是大氣污染防治的首選。但是，在現階段實際的應用中，活性碳自身在性能方面也存在著一些缺點，由于技術發展水平的約束，通過廢物制成的活性碳的吸附凈化功能不是很好，并且價格很高，同時在其活性碳再生方面存在很多問題。活性碳纖維對于脫硫與脫硝以及其他污染氣體的吸附功能尚未得到有效的論證，所以并未得到廣泛的應用。國內的活性碳生產效益很差，未能實現集約化生產，生產技術和生產水平較低，行業競爭壓力大導致產品質量水平較低。因此，對于活性碳性能和生產的改進可以從以下兩個方面考慮：（1）技術層面。活性碳生產企業應當提高生產活性碳的技術工藝，根據不同行業的要求，適當改造活性碳的物理結構，使其滿足一些特殊的需求。同時注重對活性碳化學吸附機理和性能的研究，增強活性碳的吸附以及氧化能力。（2）生產層面。企業應當注重對廢棄原料種類的選擇，加大對廢料合成活性碳技術的研究，降低生產的主要成本。用活性碳進行金屬負載時，同時盡量用普通金屬來代貴重金屬。注重對活性碳的再生加工，增加活性碳使用壽命，提高利用率。

3 結束語

大氣污染防治是關系到社會健康發展的重要因素，大氣環境對人類的生存至關重要。隨著社會經濟和工業化水平的不斷提高，在重視經濟發展的同時更要注重環境保護工作。這給活性碳的生產與研究提出了新的要求，活性碳的生產也要重視社會效益，在活性碳的生產過程中充分的利用廢棄的資源進行重組與合成，減少資源的浪費，提高資源的回收利用率，實現經濟效益和社會效益的雙豐收。

參考文獻

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