活性炭改性方法及其在水处理中的应用_梁霞

活性炭作为一种环境友好型吸附剂，具有较强的吸附性和催化性能，原料充足且安全性高，耐酸碱、耐热、不溶于水和有机溶剂、易再生等优点，对水中溶解的有机污染物如苯类化合物、酚类化合物、石油及石油产品等具有较强的吸附能力，而且对用生物法和其他化学法难以去除的有机污染物，如色度、亚甲基蓝表面活性物质、除草剂、杀虫剂、合成染料及许多人工合成的有机化合物都有较好的去除效果；此外，活性炭对电镀废水和冶炼工业废水中的重金属也有较强的吸附能力；对水质浑浊有明显的澄清作用，可以除去水中的异臭、异味，对细菌也有极好的过滤作用。因此，活性炭在水处理中越来越受到重视。但是，由于普通活性炭存在灰分高、孔容小、微孔分布过宽、比表面积小和吸附选择性能差等特点，加上其表面官能团及电化学性质的一些限制，使其对污染物的吸附去除作用有限，远远不能满足国内外市场的要求。因此，有必要对其结构和性质进行改性，以增大其吸附能力，缓解水污染压力。目前，改性活性炭材料被广泛用于污水处理、大气污染防治等领域，特别是在水环境污染治理方面越来越显示出其诱人的美好前景。1活性炭改性方法1.1表面物理结构特性改性活性炭的表面物理结构特性包括活性炭的比表面积、微孔体积和结构、孔径分布，其决定了活性炭的物理吸附。物理吸附是指：当吸附质分子远小于、小于或约等于活性炭孔直径时，吸附质分子进入活性炭表面的孔内，从而达到吸附去除的目的。因此，活性炭的比表面积、孔径分布等物理性质对其吸附能力有很大的影响，其中孔径分布是影响吸附容量的主要因素。活性炭的表面物理结构特性改性就是指在活性炭材料的制备过程中通过物理或者化学的方法来增加活性炭材料的比表面积、调整活性炭的孔隙结构及其分布，使活性炭材料的吸附表面结构发生改变，从而改变活性炭材料的物理吸附性能。孔隙调整的目的就是使活性炭的微孔尺寸与吸附分子尺寸相当，从而提高其吸附能力。可以通过控制轻度活化程度来开孔和扩孔；缩孔则可以采用热收缩法、浸渍覆盖法和气相热解堵孔法等方法。碳沉积技术[1]也是一种调整活性炭的孔隙结构的方法，这种方法可以使活性炭具有分子筛性质。碳沉积包括气相碳沉积、液相浸渍后热解碳沉积、真空浸渍碳沉积。目前，化学气相碳沉积技术比较多用，在含苯之类的烃类气体氛围下，热处理活性炭，通过烃气体的分解析出热解炭，缩小孔径。活性炭的生产一般包括两大工序：首先对原料活性炭改性方法及其在水处理中的应用梁霞，王学江（同济大学污染控制与资源化研究国家重点实验室，上海200092）摘要：从表面物理结构特性改性、表面化学性质的改性和电化学性质的改性三个方面综述了活性炭的改性方法；对改性活性炭在水处理中的应用做了深沉思考；分析了各种改性方法的优缺点，并展望了活性炭的改性和应用的发展方向。指出活性炭改性在水处理中的方向应根据污水水质和原活性炭的性质确定，今后的发展方向和研究重点是活性炭电化学改性、将各种改性方法结合起来对活性炭进行协同改性、活性炭负载纳米TiO2的光催化降解以及活性炭的生物吸附。关键词：活性炭；改性；水处理；应用中图分类号：TQ424.1文献标识码：A文章编号：1000-3770(2011)08-0001-006收稿日期：2010-11-11基金项目：国家水体污染控制与治理科技重大专项（2009ZX07317-008-4）作者简介：梁霞（1986－），女，硕士研究生，研究方向为水体污染控制；联系电话：021-65984268；E-mail：flying-liang2010@163.com联系作者：王学江，硕士生导师；E-mail：wangxj@tongji.edu.cn第37卷第8期2011年8月水处理技术TECHNOLOGYOFWATERTREATMENTVol.37No.8Aug.,20111DOI:10.16796/j.cnki.1000-3770.2011.08.001进行炭化处理以除去其中的可挥发组分，然后用合适的氧化性气体（水、二氧化碳、氧气和空气）对炭化物进行活化处理，通过开孔、扩孔、创造新孔，进而形成发达的孔隙结构[2]。活性炭材料的性能除与原料有关外，还与炭化条件、炭化温度、炭化时间、活化温度、活化时间、活化剂种类以及活载比等有密切的关系。为了使孔隙结构更加丰富，孔径分布更加均匀，在活化过程中可以加人一些化学活化剂。常用的活化剂有碱金属、碱土金属的氢氧化物、无机盐类以及一些酸类，目前较成熟的化学活化剂有KOH[3-4]、NaOH、ZnCl2和H3PO4[5-6]等，其中以KOH作为活化剂制得的活性炭性能最优异。詹亮[7]等采用KOH对普通的煤焦活性炭进行改性，制得了比表面积高达3886m2·g-1的超级活性炭，大大提高了活性炭的吸附能力。控制活化剂的种类及用量，可以灵活的控制活性炭的吸附特性。1.2表面化学性质的改性活性炭的表面化学性质主要