活性炭在大氣污染防治中的應(yīng)用研究

吳以保

(廣州市番禺環(huán)境科學(xué)研究所有限公司，廣東 廣州 511400)

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活性炭在大氣污染防治中的應(yīng)用研究

吳以保

(廣州市番禺環(huán)境科學(xué)研究所有限公司，廣東 廣州 511400)

指出了隨著社會(huì)主義經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們對(duì)于生活品質(zhì)的要求也處于不斷上升的趨勢(shì)，生產(chǎn)與消費(fèi)活動(dòng)也越來(lái)越頻繁，而對(duì)于自然環(huán)境造成的破壞也越來(lái)越大。分析了我國(guó)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展與環(huán)境質(zhì)量的關(guān)系，以加強(qiáng)大氣環(huán)保、降低空氣污染為基礎(chǔ)，以活性炭為凈化空氣的主要工具，從其內(nèi)部結(jié)構(gòu)及作用出發(fā)，全面闡述了活性炭在大氣污染中所發(fā)揮不可替代的治療作用。

大氣污染；活性炭；屬性功能；防治應(yīng)用

1 引言

經(jīng)濟(jì)的發(fā)展來(lái)源于人們?nèi)粘５纳a(chǎn)生活，人類(lèi)日常生產(chǎn)活動(dòng)對(duì)資源產(chǎn)生消耗，在能源消耗的過(guò)程中，各種各樣的污染現(xiàn)象也接踵而至。隨著生產(chǎn)活動(dòng)發(fā)展類(lèi)型的多樣化與生產(chǎn)領(lǐng)域的擴(kuò)大化，人類(lèi)的生產(chǎn)對(duì)大氣質(zhì)量影響越來(lái)越大。臭氧層空洞、冰川融化等一系列破壞自然的現(xiàn)象皆源于大氣污染。與此同時(shí)，當(dāng)前 人們所面臨的首要環(huán)境問(wèn)題就是大氣污染問(wèn)題。大氣污染不僅給人們?nèi)粘Ｉ顜?lái)影響，還對(duì)人們的生存環(huán)境的質(zhì)量造成威脅。隨著人們對(duì)空氣污染治理力度的加大，活性炭的應(yīng)用也被應(yīng)用的范圍越來(lái)越廣。活性炭自身是一種以具有超強(qiáng)吸附能力自居的化學(xué)用品，由于自身獨(dú)特的碳分子結(jié)構(gòu)，從而起到凈化空氣的作用，能夠有效吸附空氣中的污染物及細(xì)微分子。因此，在人類(lèi)生產(chǎn)與生活中得到廣泛的應(yīng)用。

2 活性炭結(jié)構(gòu)

從化學(xué)元素的角度出發(fā)，活性炭隸屬于碳類(lèi)元素組合結(jié)構(gòu)，外表呈墨色或黑色，自身是一種形狀不定的碳素物質(zhì)。除此之外，由于其功能性，它也是一種用途范圍廣、吸附能力強(qiáng)、獲取途徑易的一種新型高效的纖維材料。 活性炭的主要由石墨微晶或被分離的碳分子構(gòu)成的。其內(nèi)部的結(jié)構(gòu)極其復(fù)雜,每一部門(mén)都有非常復(fù)雜的、細(xì)微的小孔,孔徑大小也是層次不齊，結(jié)構(gòu)復(fù)雜多樣。由于活性炭外部呈黑色粉末或者顆粒，形狀不定，內(nèi)部微孔數(shù)量也極其繁多。 在活性炭吸附過(guò)程中，發(fā)揮其主要功能、提高其工作效率的主體對(duì)象為微孔，中孔及大孔僅作為分子進(jìn)入的通道而存在。活性炭外部直徑非常小，內(nèi)部孔徑大的肉眼能夠看到、小的可以達(dá)到幾納米，因此大大提高了活性炭的吸附能力，降低由污染物擴(kuò)散不同程度而對(duì)其在吸附過(guò)程中所造成的阻力，擴(kuò)大對(duì)物質(zhì)的吸附面積。

3 活性炭的特點(diǎn)

活性炭的特點(diǎn)與其自身的組成結(jié)構(gòu)有著密切的關(guān)系。由于活性炭?jī)?nèi)部包含數(shù)量繁多的吸附小孔、發(fā)達(dá)的孔隙結(jié)構(gòu)與面積巨大的外表區(qū)域, 所以活性炭的吸附能力極強(qiáng)，具有超乎想象的吸附容量、龐大的污染物儲(chǔ)存量與令人稱(chēng)贊的吸附速度。 活性炭的吸附作用主要過(guò)程如下。活性炭?jī)?nèi)部組織會(huì)對(duì)活性炭表面層物質(zhì)粒子產(chǎn)生一定的牽引力與拉力，但是內(nèi)外結(jié)構(gòu)之間兩者形成的阻力屬于不平衡力，而這種不平衡力場(chǎng)的存在會(huì)使活性炭表面的活動(dòng)組織向空氣中其他符合條件的介質(zhì)，捕獲其他的物質(zhì)粒子，從而進(jìn)一步填充、完善自身，促使不平衡力場(chǎng)從其他環(huán)境下得到一定地補(bǔ)償，維持倆者之間的均衡。 除此之外，活性炭表面具有大面積發(fā)達(dá)的微孔、中孔以及大孔。這些微孔可以通過(guò)中孔、大孔對(duì)污染物質(zhì)的運(yùn)輸，從而實(shí)現(xiàn)將大氣中污染物的快速、穩(wěn)定地吸附。與此同時(shí)，隨著活性炭表面積增大，內(nèi)部微孔所能吸附大氣污染物的容量也會(huì)增大，吸附能力與吸附效率也就可想而知了。種種的原因和活性炭本身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)決定了活性炭吸附能力。 而這種強(qiáng)大的吸附能力和吸附容量在防治大氣污染方面是十分顯著的。活性炭作為一種非極性吸附劑，其吸附作用大多屬于物理吸附，吸附效率更多是由被吸附物質(zhì)體積、表面官能團(tuán)、溫度、 pH值及其比表面積等因素所決定。 一般來(lái)說(shuō)，活性炭比表面積越大，吸附能力越強(qiáng)，表面官能團(tuán)也對(duì)吸附起重要作用。

在對(duì)大氣凈化的過(guò)程中，活性炭表面微孔結(jié)構(gòu)的存在不單單以吸附污染物為主，它也發(fā)揮著一定的輔助作用。在氧氣濃度低、可見(jiàn)度低的空氣環(huán)境下，污染物的數(shù)量極大，活性炭在吸附過(guò)程中將污染粒子逐一擴(kuò)散，促使其阻力大幅度降低，促使活性炭吸附速度加快，在幾分鐘內(nèi)就可達(dá)到凈化空氣的效果。

4 活性炭在大氣污染治理中的應(yīng)用

4.1 吸附能力的應(yīng)用

活性炭由于自身體積微小、產(chǎn)量大、吸附能力強(qiáng)、效率高，因此被人們成為一種天然的“吸附劑”。由于活性炭的碳粒結(jié)構(gòu)緊湊、內(nèi)部組織穩(wěn)定，所以在對(duì)大氣污染物的吸附過(guò)程中功能性極強(qiáng)，凈化能力較其他凈化產(chǎn)品效果突出。在對(duì)大氣污染物的清理過(guò)程中，活性炭充分利用自身的吸附功能，凈化空氣，美化環(huán)境。

4.2 催化劑能力的應(yīng)用

活性炭除了自身具有超強(qiáng)的吸附功能以外，其催化劑功能在凈化空氣中的應(yīng)用也十分突出。由于活性炭和載持物之間有大量的絡(luò)合物，這些絡(luò)合物大幅度提升了其催化劑活性以外，活性炭的表面積也具有很好的吸熱和耐熱性。擴(kuò)大其用途范圍，提高工作效率，增強(qiáng)其實(shí)用性。

4.3 機(jī)械能力的應(yīng)用

活性炭的可操作性也很優(yōu)良，在使用過(guò)程中具有很強(qiáng)的抗摩擦性能、抗擊打性、分解性與韌性。活性炭通化機(jī)械性的幫助下，化學(xué)分解能力也得以開(kāi)發(fā)。活性炭?jī)?nèi)部分子以碳元素為主，它能與很多化學(xué)元素發(fā)生氧化反應(yīng)，從而把空氣中有毒的化學(xué)氣體，如二氧化硫、一氧化碳、一氧化氮等轉(zhuǎn)化為硫酸和水蒸汽等對(duì)大氣沒(méi)有影響的氣體。

在國(guó)際上，日本是活性炭研究、開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)、應(yīng)用都比較先進(jìn)的國(guó)家。他們經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的研究與多次測(cè)試，將活性炭的生產(chǎn)原料黏膠纖維、瀝青纖維等天然纖維進(jìn)行改良，從而提高活性炭的吸附性能。與此同時(shí)，在活性炭表面增加含氧官能團(tuán)能夠增強(qiáng)活性炭表面的活性，從而增強(qiáng)活性炭對(duì) NOX和 SO2的吸附能力。

5 結(jié)語(yǔ)

國(guó)家、民族、社會(huì)的健康發(fā)展都離不開(kāi)自然環(huán)境良好的態(tài)勢(shì)，大氣污染的預(yù)防與治療同樣也關(guān)系到社會(huì)的健康發(fā)展。隨著當(dāng)代社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的現(xiàn)代化與工業(yè)化，物質(zhì)消耗水平地不斷提高，在重視經(jīng)濟(jì)發(fā)展工作的同時(shí)，管理人員及其他工作人員更應(yīng)該將環(huán)境效益與經(jīng)濟(jì)效益協(xié)調(diào)發(fā)展，更要注重環(huán)境的保護(hù)工作，實(shí)現(xiàn)環(huán)境保護(hù)與環(huán)境建設(shè)的一體化。在對(duì)大氣污染的治理過(guò)程中，對(duì)活性炭的生產(chǎn)與應(yīng)用也提出了新要求。活性炭的生產(chǎn)要充分利用廢棄的能源，用先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)對(duì)炭分子進(jìn)行二次分離再利用，降低資源浪費(fèi)，提高利用率，促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展，實(shí)現(xiàn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)與社會(huì)效益齊發(fā)展、雙豐收的結(jié)果。

[1]宋曉嵐,張 穎,程 蕾，等.活性炭在防治大氣污染方面的應(yīng)用研究與展望[J].材料導(dǎo)報(bào),2011,25(7):122～126.

[2]唐曉慧.活性炭在防治大氣污染方面的應(yīng)用研究與展望[J].科技傳播,2014(19):133～133,135.

[3]羅永剛, 李大驥, 楊亞平，等 . 活性炭聯(lián)合脫硫脫硝工藝[J].熱能動(dòng)力工程 ,2001,16(4):444～446.

[4]宋曉嵐, 張 穎, 程 蕾,等. 活性炭在防治大氣污染方面的應(yīng)用研究與展望 [J]. 材料導(dǎo)報(bào),2011(7).

2016-09-05

吳以保(1985—)，男，碩士，工程師，主要從事大氣污染防治工作。

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1674-9944(2016)18-0090-02