活性炭改性方法及其在水處理中的應用

【摘要】活性炭是用生物有機物質（包括煤、石油和瀝青等在內）經過炭化、活化等過程制成的一種無定形炭。它具有多孔結構、巨大的比表面積、吸附容量大、速度快和飽和可再生等特點，能夠有效地去除水中的臭味、天然和合成溶解的有機物、微污染物以及一些大氣中的污染氣體等，但是普通活性炭比表面積小、孔徑分布不均勻和吸附選擇性能差，故普通活性炭需要進一步的改性，滿足實驗和工程需要。現在常采用工藝控制和后處理技術對活性炭的孔隙結構進行調整，對表面化學性質進行改性，進而提高其吸附性能。

【關鍵詞】活性炭；改性方法；水處理

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。

1、活性炭的改性方法

1.1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。

1.2 活性炭表面化學性質的改性方法

活性炭表面化學性質的改變主要是通過一定的方法改變活性炭表面的官能團以及表面負載的離子和化合物，從而改變其表面的化學性質達到活性炭的吸附能力的提高。活性炭表面化學性質改性方法可分為：表面氧化法、表面還原法、負載原子和化合物法、酸堿法等。在改性過程中常常聯合不同的改性方法對活性炭進行改性，從而達到更好的改性效果。

1.2.1 表面氧化法

活性炭在適當條件下經過氧化劑進行表面處理，以提高酸性基團的含量，可以增強對極性物質的吸附能力。氧化劑不同，改性后表面所含官能團的種類和數量也不同，一般氧化程度越高，含氧官能團越多。常用的氧化劑有：HNO3 、HClO、H2 SO4 、Cl2 、H2O2、（NH 4 ）S2O8等。

1.2.2 表面還原法

活性炭表面在適當溫度下通過用還原劑對表面官能團進行還原改性，提高堿性基團的相對含量，增強表面的非極性，從而提高活性炭對非極性物質的吸附能力。常用的還原改性方法是通過H2 和N2 等惰性氣體對活性炭進行的高溫處理得到含量較多堿性基團和在 NO3 ·H20 水中的浸漬處理得到含量豐富的含氮官能團。

1.2.3 負載原子和化合物法

負載原子和化合物法主要是根據活性炭的具有吸附性

和還原性，把活性炭浸漬在一定的溶液中，通過液相沉積的方法在活性炭表面引入特定的原子和化合物，把金屬離子進入到活性炭表面，主要是利用活性炭的還原性，將金屬離子還原成單質或低價態的離子。負載原子和化合物法是利用負載在活性炭上的原子和化合物與吸附質之間的結合作用從而增強活性炭的吸附能力。常用的浸漬液有：Cu（NO3 ）2、CuCl2 、Na2CO3 、FeSO4 、FeCl3等水溶液。

2、改性活性炭在水處理中的應用

2.1 去除水中有機物

Maruyama 等報道了用載有鉑的各種活性炭在氧化還原過程中，可以達到增強有機酸吸附作用的效果；潘紅艷等采用不同浸漬液對活性炭進行改性，研究了去對苯酚的吸附，結果表明浸漬液改變了活性炭的脫附活化能，從而影響了吸附效果。李晶等也用不同浸漬液對活性炭進行改性，研究了去對苯的吸附，結果也表明了改性后脫附活化能的改變。同時采用不同的改性方法對活性炭進行改性，往往能夠達到更好的去除效果。

2.2 去除水中重金屬及重金屬離子

改性活性炭既可對水體中的無機污染物（如重金屬離子等）予以去除，又可對水體中的有機物予以去除（吸附作用機理）。通常而言，若引入氨基、羥基和羧基官能團到粉末活性炭的表面，那么所得的吸附材料性能更佳，能夠更好地對污水中的重金屬離子進行吸附。有學者對改性活性炭的吸附性能進行了實驗研究，將活性炭與HNO3溶液（溶液濃度為13.2mol.L-1）以4：1的比例來進行混合，回流1h（回流溫度為100℃）之后，改變煤質活性炭的性質，研究結果表面：這種方法能夠將活性炭對于Pb2+ 離子的吸附量明顯提高，改性前后的飽和吸附量相差巨大，可以達到105倍。有學者在沸騰溫度下，將活性炭與HNO3 溶液（溶液濃度為13.2mol.L-1）以1：1的比例來進行混合、氧化改性，然后再進行加熱處理（加熱溫度為300-400℃），得出改性活性炭，這種改性活性炭的離子交換能力較強、陽離子交換容量較高，尤其是能夠很好地吸附交換Cr（Ⅲ）。有學者對活性炭用二乙基二硫代氨基甲酸鈉和四丁基銨來進行化合物改性、負載原子改性，以便能夠將電鍍廢水中的鋅元素、鉻元素、銅元素等全部去掉。吸附氣體類無機物的活性炭常采用負載原子和化合物法或微波進行改性。

結語：

總之，改性活性炭能夠較好地吸附水體中的石油產品、酚類化合物、苯類化合物等有機污染物，而且還能夠有效地去除掉人工有機化合物、合成染料、亞甲基藍表面活性物質、殺蟲劑、除草劑等其他方法難以去除的有機污染物，值得推廣應用。

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