活性炭负载金属改性对废水和废气处理的研究进展

2012年9月活性炭负载金属改性对废水和废气处理的研究进展17活性炭负载金属改性对废水和废气处理的研究进展王晓砒管晓琴李毅卉朱凑花(南昌大学科学技术学院理工学科部，江西南昌330029)摘要：活性炭表面化学改性方法包括氧化改性、还原改性和负载金属改性，本文主要介绍负载金属离子改性方法对活性炭性质的影响，以及综述了国内外学者对活性炭表面负载金属离子改性去除废水和废气中污染物质的研究进展。负载金属离子引起话性炭表面结构的变化。即比表面积，表面含氧量，孑L结构，孔径分布，石墨碳网平面的变化而改变对污水中的有机物和重金属去除效果有显著的提高。关键词：活性炭负载金属改性废水废气处理活性炭具有较强的吸附性和催化性能，且耐酸碱、耐热，不溶于水和有机溶荆，原料充足、易再生，是一种环境友好型吸附剂。活性炭广泛用于工业三废治理、溶剂回收、载体等。随着应用拓宽对活性炭性能提出了更高的要求，从而进～步促进了活性炭的表面改性方面的发展和开发。活性炭具有发达的微孔结构和特殊的表面性能，调整活性炭的孔隙结构，对表面基团进行改性，如作为催化作用的金属离子的载体，可以提高其特殊性能和特定的吸附与催化性能在污废水处理过程的作用。如，吉林化工学院苏宏等人⋯还曾利用活性炭对有机物、催化剂、氧化剂的富集作用强化活性炭表面的化学反应，开发出催化氧化法处理染料废水技术。华南师范大学叶炳林Po研究了活性炭催化氧化去除味精废水、造纸黑液、酚醛废水中COD的基本规律，证实活性炭，催化氧化的关键在于提高水中氧的浓度。一、负载金属离子对活性炭的影响活性炭负载金属离子的机理是通过活性炭的还原性和吸附性，使金属离子利用活性炭表面的含氧官能团首先吸附，再利用活性炭的还原性，将金属离子还原成单质或低价态的离子，通过金属或金属离子对被吸附物较强的结合力，从而增加活性炭对被吸附物的吸附性能。为提高活性炭对金属离子的吸附能力和吸附选择性，在活性炭负载金属之前先对原活性炭进行预处理。JiaY．F．等”1用硝酸活化活性炭，根据活化时间的不同得到CNl(4h)，CN2(48h)，对得到的活性炭再高温分解，用得到的活性炭处理Cd2+水溶液时发现：活性炭表面羧酸基团的含量越大，吸附金属离子的能力越强。杨娇萍等H’以FeCl，。为化学添加剂、CO：为活化剂，采用化学一物理混合活化法对活性炭进行改性。实验表明，FeCI，——co：体系能明显改进活性炭的孔结构和子L径分布，经改性后活性炭平均孔径稍有下降，但比表面积和总孔容都较原料炭增加了1倍，孔径分布更趋均匀。杨全红等¨j利用FeSO。、对活性炭纤维进行改性。实验证明，经FeSO。改性后试样表蕊结构发生了变化，即比表面积减小，表面含氧量增多，乱层石墨碳网平面遭到一定程度破坏，样品的吸氨量及吸苯性能均大大增强。二、负载金属离子活性炭在处理污废水中的应用负载金属离子活性炭在水处理中，对水中有机物、颜色、臭味、油、苯酚、难以被生物降解的有机物、无机工业废水中的重金属离子等具有独特的去除效果，而被用于污染水源水、生活污水、制革废水处理、造纸染料化工废水处理、焦化废水处理及其他有机废水处理中。王连生等M3以高浓度、高盐份、难生化降解的呲啶硫酮锌(ZPT)废水为处理目标，筛选适于氯代吡啶类废水处理的负载Cu、Fe的活性炭为催化剂。采用两级催化氧化法处理ZPT混合废水(COD为294。mg／L)，在氧化塔内停留30rain，可获得95％的COD去除；处理出水COD<150mg／L，满足国家污水综合排放标准二级指标要求，同时可从每天的200m3废水中回收525kgZnCl2。李伟峰等一。以活性炭负载cu、Fe、Ni、Mn等制备的催化剂对实际印染废水的氧化处理均具有一定的催化能力。其中Cu／AC的活性相对较高，对实际印染废水的COD，。和色度去除率也最高。余谟鑫等j研究活性炭表面负载Ag+、Nih、C-“或zn“离子，可提高活性炭吸附苯并噻吩硫化物的能力，吸附能力的大小依次为Ag(】)／AC>Ni(Ⅱ)／AC>Cu(Ⅱ)／AC>Zn(Ⅱ)／AC>AC，由于Ag+为软酸，通过负载Ag+离子，增加了活性炭表面的软酸，从而增强了其表面对苯并噻吩硫化物的吸附；由于Nf+、cu“和zn“离子属交界酸，负载Ni。、cu“、zn。离子增加了活性炭表面的交界酸，也在一定程度上提高了其表面对苯并噻吩硫化物的吸附。刘慧英等‘引利用H：S改性活性炭，使活性炭表面形成含硫元素的集团(C—S)，使其对Pb。的吸附能力成倍地提高。由于硫元素与Pb“的结合能力万方数据18江西化工2012年第3期比氧元素对Pb“的结合能力强，使改性活性炭对Pb“有更强的吸附能力。三、负载金属离子活性炭在处理废气中的应用我国能源构成中煤炭占有很大的比例，而煤燃烧过程中排放出的SO：和NO。(NO和N：O)造成大气污染，因此烟气