改性活性炭在苯酚廢水處理中的應用

徐越群 趙宏杰

（石家莊鐵路職業技術學院1） 河北石家莊 050041 邯鄲職業技術學院2） 河北邯鄲 056000）

改性活性炭在苯酚廢水處理中的應用

徐越群1）趙宏杰2）

（石家莊鐵路職業技術學院1）河北石家莊 050041 邯鄲職業技術學院2）河北邯鄲 056000）

水體的有機污染隨著我國工業化的發展在不斷的加劇，對有機污染物采取有效的去除措施一直是污水處理的難點和熱點問題，苯酚廢水的處理就是其中之一。活性炭在對有機污染物的去除方面應用較多，但也常常存在吸附率低下等問題。而通過對活性炭的改性可以在一定程度上改變其表面圍觀結構，增強其吸附性能。本文通過對活性炭改性方法的研究，總結了酸性改性、堿性改性、金屬離子改性以及Fenton改性活性炭的研究方法，為研究苯酚廢水的處理提供了幫助。

改性活性炭 苯酚 廢水

1 含酚廢水的危害

含酚廢水是一種很典型并且廣泛存在工業有機廢水，其主要來自于煤氣、煉油、焦化以及苯酚或酚、醛為原料的制藥、化工等生產過程。苯酚屬于毒性較強的化學危險品，可被呼吸道、皮膚以及消化道所吸收，人體攝入一定量的苯酚就會出現急性中毒癥狀。苯酚能與人體或者是生物活體的蛋白質相結合并使其變性，最終導致人體組織損傷甚至壞死，引起生物的中毒。苯酚其數量之大、來源之廣、危害之嚴重，已經被列入各國水污染控制中重點解決的有毒有害廢水中。酚類化合物作為一種典型的持久性有機污染物，其污染和治理技術都應該得到廣泛的關注。

2 含酚廢水的處理現狀

目前用于治理苯酚的技術主要有吸附技術、生物降解技術、光催化降解技術等方法，較為常見的有生物處理法和活性炭吸附法。采用生物處理法處理苯酚廢水，在處理前必須先進行一些必要的預處理工作，同時要提供適合微生物生長的條件。在這些方法中，吸附法操作更為簡便、成本更為低廉而受到人們的關注，此種方法尤其適合于低濃度有機污染物的處理。在吸附法處理苯酚廢水的過程中，吸附劑的選擇是核心問題。而活性炭和其他吸附劑相比具有發達的孔隙結構和巨大的比表面積，所以活性炭更加適用于吸附相對分子量在45~130之間的低濃度的有機物。活性炭目前被認為是吸附法處理苯酚廢水的最主要的吸附劑之一。近些年來，人們試圖利用對活性炭的表面進行改性，來增加其對污染物的吸附性能，國內外也取得了一定的進展。

3 活性炭改性的意義

活性炭一般是包括煤、石油或瀝青等物質在內的一種有機物質，把這些物質經過碳化、活化等工藝制成一種孔隙比較發達、以炭作為骨架結構的黑色固體物質，其主要化學成分是碳元素，另外還含有少量的氮、氫、氧等。活性炭屬于一種多孔的固體吸附劑，具有比較穩定的化學性質，耐熱耐酸堿性能好，吸附容量較大，吸附速度快，飽和后能夠再生等優點，能夠有效的吸附各種有機物和無機物。活性炭的內部結構比較復雜，它不像石墨、金剛石那樣碳原子按一定的格局規律排列，也不像一般含碳物質那樣含有多種復雜的有機物質。活性炭有著龐大的分子結構，具有其自身獨特的物理和化學結構，這些特征決定了活性炭成為一種優良的吸附材料，也決定了活性炭的基本性質、性能和使用效果。

活性炭除了比表面積和孔隙結構外，他的表面化學性質起著更為重要的作用，其表面化學性質決定了活性炭的化學吸附性能。化學性能主要是由其表面的化學官能團、化合物和表面雜原子確定的，不同的表面官能團、化合物和雜原子對不同的吸附質有著非常明顯的吸附能力的差別[1]。化學性質的不同會影響到活性炭的酸堿性、濕潤性、催化特性、吸附選擇性、電性質等[2]。所以，對活性炭表面進行化學改性，從而改變其表面的化學結構，使活性炭吸附針對某一類物質更具有選擇性，具有深刻的意義。

4 改性活性炭處理含酚廢水的應用研究

活性炭改性的目的是通過改變活性炭表面官能團的類別和數量，來增強活性炭對特定吸附質的吸附能力。如何使目標物質（即所要吸附的原子、分子或離子）與活性炭之間的吸附處于優勢地位，是提高活性炭吸附效率的關鍵，這就需要對活性炭進行有目的、有針對性的改性。

4.1 酸性改性活性炭

用酸對活性炭進行改性，主要是利用酸的強氧化性對活性炭表面進行處理，以提高活性炭中酸性集團的含量，從而增強對極性物質的吸附能力。一般情況下活性炭屬于非極性物質，由于它屬于疏水性，所以可以在水溶液中有效的吸附各種非極性的有機物，但是對于溶液中具有一定極性的親水性的溶質的吸附來說就比較困難了[3]。

4.2 堿性改性活性炭

活性炭的改性采用濃度為10%的氨水，經研究表明，活性炭經過改性后，在活性炭的表面處出現了多處塌陷，原來的孔隙結構遭到堿性試劑的破壞，暴露出了更多的內部構造，從而表面積有所增大，吸附能力增強。與未改性活性炭相比，用氨水改性活性炭，大大的提高了對苯酚的去除率，去除過程主要分為以下幾個階段：第一階段為快速吸附過程，第二過程為減速吸附過程，最終達到平衡[4]。利用氨水對活性炭進行改性，使活性炭表面結構和表面的化學性質發生了改變，加大了對苯酚的去除率。

4.3 金屬離子改性活性炭

金屬離子改性活性炭指的是使活性炭表面負載金屬離子，通過活性炭的還原性和吸附性，使金屬離子在活性炭表面上達到優先吸附，然后再利用活性炭的還原性質，將金屬離子還原成低價態的離子或單質，由于金屬離子與吸附物之間具有較強的結合力，從而增加了活性炭對被吸附物質的吸附性能。目前常用的負載金屬離子有銅離子和鐵離子等。

4.4 Fenton改性活性炭

Fenton試劑是最近幾十年新興起來的水處理技術，相比于其他高級氧化技術，因為反應過程簡單、快速、可產生絮凝而倍受人們的青睞。Fenton試劑法首先在體系中迅速產生氧化性極強的羥基自由基，羥基自由基可以通過親電加成、電子轉移、脫氫反應等途徑與水中的有機污染物發生反應形成進一步氧化的反應中間體；如對苯二酚、1,4-苯醌、脂肪類羧酸等，再進一步反應最后礦化成二氧化碳和水，以達到污染物快速安全去除的目的[5]。

5 結語

酚類化合物是重要的化工原料和中間體，他也是許多工業企業生產的副產品，含酚廢水在我國水污染控制中被列為重點解決的有害廢水之一[6]。活性炭利用其較大的比表面積和各種活性基團成為了苯酚廢水的主要處理方法。經過改性的活性炭，通過調整活性炭的孔隙結構，對表面集團進行改性，從而提高了其特殊性能和特定的吸附與催化性能， 改善了對苯酚廢水的處理效果，大大提高了對苯酚廢水的處理效率。

[1]Grajek H,Swiatkowski A,Witkiewicz Z,et al.Changes in the surface chemistry and adsorptive properties of active carbon previously oxidized and heat-treated at various temperatures.I.physicochemical properties of the modified carbon surface.Adsorption Science and Technology,2001,19(7):565-576.

[2]Fabish T J,Schleifer D E.Surface chemistry and the carbon black work function.Carbon,1984,22(1):19-38.

[3]Comninellis Ch,Pulgarin C.Anodic Oxidation of Phenol for wastewater Treatment [J].Applied Electrochemistry,1991,21:703~708.

[4]N.Belhadj and A.Savall.Electrochemical Degradation of Phenol in Aqueous Solution on Bismuth Doped Lead Dioxide:A Comparison of the Activities of Various Electrode Formulations[J].Appl.Elec-trochem,1999,29:277~283.

[5]王怡中,胡春,湯鴻霄.在TiO2催化劑上苯酚光催化氧化反應研究[J].環境科學學報,1995,15(4):472~479.

[6]張威,張文卿.國內外含酚廢水處理技術的研究與進展[J].環境保護與循環經濟,2008.28(2):29-31.

Application of Modified Activated Carbon in Phenol Wastewater Treatment

Xu Yue-qun1）ZHAO Hong-jie2）
(ShijiaZhuang Institute of Railway Techology1）ShijiaZhuang Hebei 050041 Handan Polytechnic College2）Handan Hebei 056000 China)

Organic pollution of water is increasing with the development of industrialization. the effective removal of organic pollutants has been the difficulty and one of the hot issues of sewage treatment and the phenol wastewater treatment is one of them. Activated carbon is often used in the removal of organic pollutants, but there are often problems as low adsorption rate. The modification of activated carbon can change its surface structure to a certain extent and enhance its adsorption performance. In this paper, the method of modification of activated carbon was studied, and the research methods of acid modification,alkaline modification, metal ion modification and Fenton modified activated carbon were summarized, which provided help for the study of the treatment of phenol wastewater.

modified activated carbon phenol waste water

A

1673-1816(2017)03-0086-03

2016-06-18

徐越群（1978-），男，漢，河北廊坊人，副教授，碩士，研究方向為能源與環境。

項目來源：河北省科技廳自籌經費項目（16273611）