活性炭改性方法及其在水處理中的應用

儲偉（宜興市排水有限公司 214200）

前言

活性炭是一種吸附性很強的環境友好型吸附劑，有很好的吸附性能和催化性能。活性炭的原料來源廣泛并且具有很高的安全性和穩定性，具有耐酸堿、耐熱、易再生等特點。實踐表明，活性炭對水中溶解的有機溶劑有很好的吸附性能，對水質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，因此在水處理行業中有著非常廣泛的應用。本文就活性炭的改性方法和其在水處理方面的應用進行了簡述，旨在為活性炭及其改性產物在水處理行業中的應用提供一定參考。

一、活性炭的改性方法

1.表面氧化改性

表面氧化改性是通過氧化劑對活性炭進行處理，從而使活性炭表面的官能團發生氧化，提高含氧的官能團（羧基、酚羥基、酯基等）數量，增強活性炭的親水性能，即極性，增強對極性物質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，能夠產生許多的酸性基團，其他氧化劑則相對溫和，可以用于調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數量和極性不同的活性炭材料，其中，酸性含氧官能團含量的多少與氧化程度有很大的關系。

2.表面還原改性

表面還原改性是通過還原劑對活性炭表面官能團進行還原改性，從而增加活性炭表面含氧堿基基團及羥基官能團的含量，從而增強其表面極性，提高活性炭對非極性物質的吸附能力。常用的還原劑有氫氣、氮氣和氫氧化鈉、氫氧化鉀、氨水等。高尚愚等利用氫氣作為還原劑對活性炭材料進行了表面還原改性，結果表明改性后的活性炭材料孔隙性能沒有明顯的變化，但是其表面的含氧官能團數目明顯降低，從而提高了活性炭材料對苯酚等有機污染物的吸附能力。

3.負載金屬改性

表面負載改性是通過一些可溶性鹽溶解中的金屬離子負載到活性炭材料表面，在高溫條件下與周圍的碳原子發生氧化還原反應，從而使周圍出現碳缺失，從而達到擴孔目的。另外，金屬離子本身也對某種特定物質有良好的吸附能力。We n-mi n g等利用硝酸鐵和硫酸鐵對活性炭進行負載改性，實驗結果表明，在高溫條件下，金屬鹽通過分解釋放的NOx、SOx與活性炭的孔道能夠發生一定的化學反應，從而增大了活性炭材料的孔徑。同時，金屬鹽在高溫條件下被活性炭還原，擴大了孔徑。

4.其他改性方法

除了以上提到的幾種常見改性方法之外，在活性炭改性領域，許多學者還開發了酸堿改性、微波改性、等離子改性、電化學改性等多種方法。

二、改性活性炭在水處理中的應用

1.有機物的去除

Maruyama等通過試驗證明載有鉑的各種活性炭材料在氧化還原過程中能夠達到提高有機酸吸附作用的效果。李晶等也研究了活性炭改性材料對苯的吸附效果，同時對改性后脫附活化能的改變進行了研究。潘紅艷等通過試驗研究了活性炭改性材料對苯酚的吸附效果。另外，不同的改性方法得到的活性炭材料的吸附性能也不盡相同。姚麗群等先將活性炭材料進行氧化改性，之后再進行負載改性，并通過其對有機硫化物的吸附情況進行了深入研究，結果表明該改性方法能夠使活性炭表面化學性質發展很大改變，并且不同的負載金屬對不同有機硫化物有不同的吸附效果。

2.去除水中重金屬和重金屬離子

改性活性炭對去除水中重金屬和重金屬離子有很好的效果。通過對活性炭材料進行改性，引進對吸附重金屬離子有重要作用的羧基、羥基、氨基等活性基團，能夠有效的提高活性炭材料對金屬離子的吸附性能。范延臻等對改性活性炭表面特性及其對金屬離子的吸附性能進行了深入研究，該實驗以硝酸為氧化劑，在高溫條件下回流1h對煤質活性炭進行了氧化改性，實驗結果表明，該方法能夠明顯提高活性炭對水中鉛離子的吸附量，其吸附能力提高了105倍。Monser等人利用四丁基銨和二乙基二硫代氨基甲酸鈉對活性炭材料進行了負載改性，并且對改性后的活性炭對電鍍廢水中銅、鉻、鋅的去除效果進行了研究，實驗結果表明改性后活性炭材料吸附性格提高，能夠有效的去除電鍍廢水中的重金屬離子。

3.去除其他物質

氧化處理的活性炭在高溫條件下煅燒后對陰離子有很強的吸附交換能力；經氫氧化鈉改性后的活性炭對河水中的殺蟲劑等物質有很好的去除效果；負載納米二氧化鈦的活性炭材料具有很好的光催化性能，能有效的降低廢水中的甲基橙含量。

結束語

通過表面氧化、表面還原、負載等改性方法對活性炭材料進行改性，改變其表面化學性質，能夠顯著提高其吸附效率，改善其吸附選擇性及其催化性能。目前，國內外對活性炭改性的研究越來越火熱，都在努力尋找開發改性活性炭新產品，使其在水處理過程中發揮更大的作用。

[1]姚麗群，高利平，托羅別克，等活性炭的表面化學改性及其多有機硫化物的吸附性能的研究[J]燃料化學學報，2006,34(6):749-752.

[2]朱川二次改性活性碳材料的制備及其性能研究[J].水科學與工程技術，2009,(5),55-58

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