1、活性炭吸附機理簡述

活性炭是把有機原料（果殼、煤、木材等）經過隔絕空氣的條件下加熱減少非碳成分（此過程稱為炭化），然后與氣體反應，表面被侵蝕，產生微孔發達的構造（此過程稱為活化）。由于活化的過程是一個微觀的過程，也就說大量的分子碳化物表面侵蝕是點狀侵蝕的，所以造成了活性炭表面的微孔直徑小，活性炭表面的微孔直徑大多在2-50nm之間，所以，即使是少量的活性炭，也有巨大的表面積（可達3000m2/g）。活性炭的一切應用，幾乎都基于活性炭的這一特點。目前，活性炭主要作為固體吸附劑，應用在化工、醫藥、環境等方面，用于吸附沸點及臨界溫度較高的物質，分子量較大的有機物。在活性炭發生的主要是物理吸附，大多數是單層分子吸附，其吸附量與被吸附物的濃度服從朗格繆爾方程式。

2、活性炭在廢水處理中的應用的現狀

目前我國的廢水主要是工業廢水和生活廢水，在2001 年，兩者的排量分別為200億噸和277億噸。大部分的廢水（特別是生活污水）采用的是生物法處理，即利用好氧、厭氧生物來降解水中的有機物（BOD）。但是，這種方法有它的缺點，首先有些污水含有毒物質、難降解物質，無法用生物法來處理；其次，這種方法的的處理效果有限，一般只能處理到國家地表水質量的三級標準。在生物法不足的地方恰恰就是活性炭的用武之地。活性炭主體是非極性的，容易吸附有機物；活性炭的吸附效果比較徹底，出水質量高。活性炭還可去除飲用水中的嗅和味，這是生物法無論如何也應用不到的領域。

2.1近兩年來活性炭水處理應用方法的研究

2.1.1、活性炭的改性。

活性炭改性就是指用一定的方法處理活性炭使其表面官能團性質及數量發生變化。不同的處理方法可以得到不同的改性活性炭。若用濃硝酸氧化,則活性炭表面酸性基團增多,親水性增強,這就不利于活性炭對水中苯酚、苯胺、腐殖酸、氯仿等有機物的吸附。因此,以去除有機污染物為目的的活性炭表面改性的研究方向應為:減少表面內酯基及羧基等含氧官能團的含量,增加活性炭表面的疏水性。有研究中發現,用ＨＮＯ3氧化的活性炭在300～400℃下進行熱處理,其表面可產生較多的酸性基團,獲得較高的陽離子交換量,對重金屬離子Ｃｒ(Ⅲ)有很好的吸附交換能力；而若將氧化處理的活性炭在高溫下(800℃以上)灼燒,則其表面會產生較多的堿性基團,獲得較高的陰離子交換容量,對陰離子表現出較強的吸附交換能力。.武漢理工大學材料科學與工程學院的王勇等人將線型酚醛樹脂和TiO2混合磨碎,經炭化、活化處理后,TiO2粒子與酚醛樹脂活性炭融合成一體,形成光催化復合材料,用于處理含酚廢水,在紫外線照射下,該材料顯示出有較好的光催化含酚廢水的能力。而含酚廢水在沒該材料的太陽紫外線照射下是不會自動降解的，也不可用生物法降解。這個發現對此類廢水的處理有重大的環保意義。

2.1.2、活性炭與膜聯用。

活性炭與膜聯用能有效解決單獨使用膜過濾而引起的膜阻塞和膜污染問題。利用活性炭對進水進行必要的前處理,以減少水中的有機物、無機物、微生物等在膜表面和膜內孔積累,從而極大地延長了膜的使用壽命。而膜的存在又可以克服單獨使用活性炭的弱點,解決活性炭出水中細菌數偏高的問題。

2.1.3、活性炭作為載體。

首先，活性炭可以作為催化劑的載體。活性炭本身巨大的表面積為水中的化學反應提供了大量的反應場所，增加了反應物碰撞的機會，加速反應的過程。也就是說，活性炭本身就可作為催化劑。對于某些比重大于水或容易形成沉淀的催化劑（例如某些金屬催化劑），活性炭的存在使這些催化劑可以長期與反應物接觸而不被生成物所覆蓋，造成催化劑的失效。這對于含重金屬離子廢水的處理有重要意義。第二，活性炭可以作為分解水中有機物的生物的載體。這是因為活性炭表面吸附了有機物以后，可以成為微生物理想的穩定的生長、繁殖場所。而且，利用活性炭作為微生物的載體，可以減少出水中的細菌個數。其實，活性炭的這種作用有點類似污水生物膜法（例如生物轉盤），但它比生物膜法具有更大的表面積，更有利于反應充分的進行，但是它的氧交換能力不如生物膜法。

2.1.4、活性炭纖維。

傳統的活性炭，包括粒狀活性炭和粉末狀活性炭，在廢水處理中存在裝填松動或過分緊密,操作時易形成溝槽或沉降,其本身不能起支架作用。活性炭纖維的制作過程與傳統的相比多了一個預處理的階段，采用低溫氧化或用無機鹽浸漬的方法，使原來有機物的纖維能在炭化和活化之后得以保留。這種活性炭纖維有如下優點，吸附量大，脫附的速度快，而且吸附的物質濃度下限比活性炭低，也就是說吸附比較徹底。因此，它更適合于處理飲用水，去除水中的嗅和味，濾去水中的細菌可達90%。

3、活性炭在廢氣處理中的應用的現狀

總的來說，活性炭這在廢氣處理的方面遠不如廢水處理方面活躍，因為傳統的廢氣處理方法，如電除塵法、旋風器除塵法、麻石水膜除塵法等都對廢氣的處理可以達到很好的效果，例如電除塵器去除污染物的可達98%。但這并不代表活性炭在此無用武之地，活性炭在去除強烈致癌物質芳香類化合物一度成為人們研究的熱點，而這兩年人們對此僅是作了為數不多的研究，而且研究方向與廢水處理有部分重疊（主要是活性炭纖維的應用）。

3.1活性炭纖維在廢氣處理中的應用。

我國的涂料工業在生產過程中用到大量的有機溶劑，主要有三苯(苯、甲苯、二甲苯)、苯乙烯環己酮、丙酮、松節油,甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、溶劑汽油、醋酸甲酯、醋酸乙酯、醋酸丁酯等。這些有機溶劑的揮發，除了浪費資源以外還嚴重地危害生產工人的健康。金毓荃等用比表面積為1200ｍ2/ｇ。纖維絮片單層厚度2ｍｍ的活性炭纖維處理苯系廢氣，當在濾速為0 20ｍ/ｓ以下時，活性炭纖維對苯、甲苯、二甲苯及其混合物的凈化效率高達90%以上。另外還有人在二氯甲烷廢氣的治理工程中,設計采用三箱吸附系統,當廢氣流量為10000ｍ3/ｈ,廢氣中二氯甲烷濃度為3000ｍｇ/ｍ3的條件下,設備裝置經過半年時間,運行狀況一直良好,吸附效率一直保持在97%以上,大大改善了大氣環境,每年凈收益達75 4萬元。而傳統的活性炭吸附去除效率為70%左右。

3.2改性活性炭在廢氣處理中的應用。

眾所周知，我國的能源消耗中煤炭所作的貢獻最大，產生的廢氣也最多。煤炭主要產生SO2和NOX廢氣，這兩種廢氣是酸雨形成的主要原因。我國三大酸雨區中有兩大是屬于煤煙型酸雨，還有一個（華南酸雨區）是屬于煤煙—汽車尾氣復合型酸雨，控制煤炭廢氣的排放對我國的環境有重大意義。改性后活性炭材料的脫硫、脫硝處理效果好，投資運行費用低，且易于再生利用等優點而引起人們的關注。改性活性炭材料脫硫、脫硝首先是利用活性炭材料的吸附性能將煙氣中的污染氣體SO2和NOX物理吸附于活性炭材料表面，在活性炭材料表面官能團或擔載金屬的催化作用下，將SO2和NOX轉化為SO3和無污染的N2或Ｏ２。在有水蒸氣存在的情況下，ＳＯ３ 將會與水結合生成硫酸回收[7]。

3.3活性炭吸附效果影響因素的研究。

有研究表明，用活性碳纖維作為吸附材料，以恒溫恒壓的空氣作載氣,通過鼓泡法配置一定濃度的醋酸丁酯氣體，當氣速為0 .06ｍ/ｓ時, ACF平衡吸附量近600ｍｇ/ｇ,實驗結果表明,在溫度、氣體流速、氣體濃度3個因素中,溫度對ACF的平衡吸附量影響最大,隨著溫度的升高，ACF對醋酸丁酯的平衡吸附量下降，傳質系數減少，穿透層高度增大[6]。

活性炭吸附法用于低濃度有機廢氣的治理,具有脫除率高、回收方便等優點。廢氣中往往混有水蒸汽。致使吸附塔的工作效率降低、運行成本增加,有機溶劑的回收效率下降。浙江大學環境工程研究所的高華生通過采用吸附柱穿透曲線法測定了30℃不同相對濕度(ＲＨ)下4種低濃度有機蒸氣(ＶＯＣ)在活性炭上的等溫吸附量。結果表明,水蒸汽對ＶＯＣ吸附平衡的抑制作用，隨著ＲＨ的增大、ＶＯＣ濃度的降低而增大,且隨著ＶＯＣ分子極性的增強而有所增大；ＶＯＣ對水蒸汽吸附平衡的抑制作用，隨著ＶＯＣ分子極性的增強而有所減弱.提出一個基于競爭吸附機理的polanyin dubiin方程,解釋空氣濕度對低濃度ＶＯＣ在活性炭上吸附平衡的影響[8]。

3.4活性炭用于控制室內空氣污染。

近年來，有專家用活性炭制作成工藝品，作為室內的擺設，可吸附室內有毒氣體（主要系房屋裝修產生的甲醛、笨）。據有關報道，一個直徑27．8厘米、厚度3厘米的圓盤，能清除45平方米內9種有毒有害氣體。該專利的產品名稱叫黑鉆金烏炭雕。

4、活性炭在環科中的應用發展的前景展望。

A、由前面的論述可見，活性炭近年在環科的應用進展緩慢，但從上面的研究結果來看，活性炭的工藝的改進為以后發展埋下伏筆，以后研究的投入可能會加快。

B、研究的重點有四個方向：

一、活性炭纖維在廢水、廢氣處理中的應用。活性炭纖維比傳統的活性炭吸附效率高，再生速度快，比例高，有一定的市場前景。近期的研究估計會集中在活性炭纖維在吸附含有機物廢氣的效率及適用范圍。

二、改性活性炭在廢水、廢氣處理中的就用。改性后的活性炭比傳統的活性炭適用范圍有所改變，可能會引起活性炭應用工藝的變革。

三、活性炭工藝與其它手段的結合。在這里，活性炭起的是輔助性的作用，主體是生物法、催化劑的應用等。但這一領域有廣闊的發展空間，發展勢頭難以估量。

四、活性炭在室內污染控制的應用。這是活性炭民用化的開端，上面提到的黑鉆金烏炭雕還是國內首例，未有同類產品。據聞2005年中國十大投訴熱點之首是房屋質量問題，其中敏感的問題就是室內異味（其實就是裝修產生的有毒氣體）。所以，這方向的應用有望成為市場發展的新焦點。來源：谷騰水網