活性炭改性方法及其在水處理中的應(yīng)用

1、活性炭改性方法及其在水處理中的應(yīng)用歡寶學(xué)習(xí)小組01活性炭改性方法02在水處理中的應(yīng)用Contents目錄1活性炭簡介活性炭作為一種環(huán)境友好型吸附劑，具有較強的吸附性和催化性能，不僅對難除去的有機污染物有較強的吸附作用，而且活性炭對電鍍廢水和冶煉工業(yè)廢水中的重金屬也有較強的吸附能力；對水質(zhì)渾濁有明顯的澄清作用，可以除去水中的異臭、異味，對細菌也有極好的過濾作用。因此，活性炭在水處理中越來越受到重視。但是，由于普通活性炭的種種劣勢，所以，有必要對其結(jié)構(gòu)和性質(zhì)進行改性，以增大其吸附能力，緩解水污染壓力。圖1：GAC0電鏡掃描2000倍照片右圖所示的為活性炭的表面結(jié)構(gòu)，微孔數(shù)量巨大，大多處表面光澤一致

2、，表示活性炭表面無明顯的負載物質(zhì)。圖2：GAC1電鏡掃描1000倍照片經(jīng)HNO3處理的表面微孔結(jié)構(gòu)遭到破壞和微孔結(jié)構(gòu)的坍塌，過度孔隙增多，主要表現(xiàn)為吸附能明顯降低改性0105Part 10608Part 2活性炭的比表面積1234孔徑分布 微孔體積和結(jié)構(gòu)決定了活性炭的物理吸附活性炭的表面物理結(jié)構(gòu)特性01表面物理結(jié)構(gòu)特性改性Lorem ipsum dolor sit amet活性炭的表面物理結(jié)構(gòu)特性改性就是指在活性炭材料的制備過程中通過物理或者化學(xué)的方法來增加活性炭材料的比表面積、調(diào)整活性炭的孔隙結(jié)構(gòu)及其分布，使活性炭材料的吸附表面結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，從而改變活性炭材料的物理吸附性能。孔隙調(diào)整的目的就

3、是使活性炭的微孔尺寸與吸附分子尺寸相當(dāng)，從而提高其吸附能力。可以通過控制輕度活化程度來開孔和擴孔；縮孔則可以采用熱收縮法、浸漬覆蓋法和氣相熱解堵孔法等方法。為了使孔隙結(jié)構(gòu)更加豐富，孔徑分布更加均勻，在活化過程中可以加入一些化學(xué)活化劑。常用的活化劑有堿金屬、堿土金屬 的氫氧化物、無機鹽類以及一些酸類，目前較成熟的化學(xué)活化劑有 KOH 、NaOH、ZnC12和 H3PO45-6等，其中以KOH作為活化劑制得的活性炭性能最優(yōu)異。采用KOH對普通的煤焦活性炭進行改性，制得了比表面積高達 38861TIzg 的超級活性炭，大大提高了活性炭的吸附能力?？刂苹罨瘎┑姆N類及用量，可以靈活的控制活性炭的吸附特性

4、。表面化學(xué)性質(zhì)的改性n活性炭的表面化學(xué)性質(zhì)主要由表面的化學(xué)官能團、表面雜原子和氧化物決定，其決定了活性炭的化學(xué)吸附?；钚蕴康谋砻婊瘜W(xué)官能團有含氧官能團和含氮官能團，含氧官能團又分為酸性含氧官能團和堿性含氧官能團。酸性含氧官能團使活性炭具有極性的性質(zhì)。因此，僅限于吸附極性較強的化合物。而堿性含氧官能團易吸附極性較弱或非極性物質(zhì)。n活性炭表面化學(xué)性質(zhì)的不同對活性炭的酸堿性、潤濕性、吸附選擇性、催化特性等都會產(chǎn)生很大的影響。活性炭的表面化學(xué)性質(zhì)改性就是指通過一定的方法改變活性炭吸附表面的官能團及其周邊氛圍的構(gòu)造，控制其親水疏水性能以及與金屬或金屬氧化物的結(jié)合能力，使其成為特定吸附過程中的活性點，從而

5、可以控制其親水疏水性能以及與金屬或金屬氧化物的結(jié)合能力?；钚蕴课奖砻婊瘜W(xué)性質(zhì)的改性可以通過表面氧化改性、表面還原改性、 負載金屬及化合物改性、低溫等離子體改性、酸堿改 性等進行。改性過程中常常將不同的改性方法結(jié)合 起來對活性炭進行改性，從而達到更好的改性效果。表面化學(xué)性質(zhì)的改性表面氧化改性1表面還原改性2負載物質(zhì)改性3低溫等離子體改性45酸堿改性irstirstF F. 負載物質(zhì)改性包括負載金屬離子、化合物或其 他雜原子。負載金屬改性大都是利用活性炭對金屬 離子的還原性和吸附性，使金屬離子先在其表面上 吸附，再還原成單質(zhì)或低價態(tài)的離子，并通過金屬離 子或金屬對被吸附物的較強結(jié)合力，增加活性炭

6、對 被吸附物的吸附性能。常用來負載的金屬離子有銅 離子、鐵離子和銀離子等 。圖3：IFMGAC1電鏡掃描1000倍照片經(jīng)錳離子改性的活性炭經(jīng)錳離子改性的活性炭去除水中有機物去除水中重金屬及重金屬離子去除水中有機物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；潘紅艷等口日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(jié)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391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(jié)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

7、到更好的去除效果。姚麗群等 采用先 表明氧化后負載原子改性的方法，研究了活性炭吸 毒有機硫化物，結(jié)果表明采用表面化學(xué)氧化法和負去除水中重金屬及重金屬離子改性活性炭不僅可以通過吸附作用去除水中的有機物，而且可通過多種機理去除水中的重金屬離子 等無機污染物。一般對粉末活性炭進行二次改性 ， 引入活性炭吸附重金屬離子中起重要作用的官能 團，即羧基、羥基和氨基，可以得到性能更加優(yōu)良 的吸附材料，用于吸附污水中的重金屬離子。范延臻等研究了改性活性炭的表面特性及其 對金屬離子的吸附性能，他們用濃度為 l32mol HNO 溶液，以 4：1(HNO，溶液體積：活性炭質(zhì)量) 混合，在 100回流 lh后，對煤

8、質(zhì)活性炭進行改性， 該方法可明顯提高活性炭對水中 Pb 的吸附量，與 未改性活性炭相比，對 Pb 的飽和吸附量提高了 105倍。白樹林等用硝酸 (以 1：l比例與活性炭混 合 )在沸騰溫度下對活性炭進行氧化改性，然后在 300400加熱處理，制得具有較強離子交換能力 的改性活性炭。結(jié)果表明，這種方法制得的改性活性 炭有較高的陽離子交換容量，對 Cr(I)較高的吸附 交換能力。Monser等人用四丁基銨和二乙基二硫 代氨基甲酸鈉對活性炭進行負載原子和化合物改 性，去除電鍍廢水中的銅、鉻、鋅，結(jié)果表明改性后的后負載原子改性的方法，研究了活性炭吸 毒有機硫化物，結(jié)果表明采用表面化學(xué)氧化法和負氧化處理

9、的活性炭在高溫 (800以上)下煅 燒，可獲得較高陰離子交換容量的活性炭，對陰離子 有較強的吸附交換能力。王琳等 利用強氧化劑對活性炭進行改性，改 變了活性炭表面官能團的性質(zhì)，使 原來具有催化還原 能力的官能團改性為具有氧化能力的官能團，從而抑 制了活性炭吸附水中亞硝酸鹽的形成，出水中亞硝酸 鹽的質(zhì)量濃度從未改性活性炭的 20mgL 降低為 改性后的 0O1mgL。MariaTomaszewska等 研究 了某河中的有機污染物后指出，常規(guī)的處理方法不 能有效地去除河水中的一些殺蟲劑等物質(zhì)，而經(jīng)一 定濃度的 NaOH等化學(xué)藥劑改性后的活性炭則有 較好的去除效果，在河水中投入 10mgL。的改性活

10、 性炭可以將引起臭味的土臭素(Geosmin)和 2一甲基 異茨酸 (MIB)從 66mgL。降到 2mgL一。陳穎等 用載鎳活性炭對含活性紅 X3B廢水進行處理，去除率能達到 9874以上，較不加金屬 的活性炭去除的光催化降解性能和影響甲基橙廢水處理的主要因 素，結(jié)果表明，用溶膠凝膠法制備 TiO 活性炭催 化劑具有比表面積大、分散性高、光催化降解性能 好、可重復(fù)利用等優(yōu)點。展 望 未 來zhanwangweilai(1)表面物理結(jié)構(gòu)特性的改性可以增大活性炭的比表面積和改變其孔徑分布，使活性炭的微孔與 吸附分子尺寸相當(dāng)，提高活性炭對吸附質(zhì)的吸附能力。通過對經(jīng)表面物理結(jié)構(gòu)特性改性后的活性炭進

11、行孔徑控制、表面化學(xué)性能修飾及負載金屬，可使活性炭的吸附性能大大提高。由于活性炭的吸附性能 與孔徑和吸附質(zhì)分子直徑的比值有很大的關(guān)系，當(dāng)孔徑和吸附質(zhì)分子直徑的比值為 2l0時，活性炭的吸附性能最佳。因此，今后活性炭結(jié)構(gòu)性能方面的改性將朝著這方面發(fā)展，制造出比表面積很大、且孔徑集中在某一值范圍內(nèi)的超大級活性炭。(2)氧化改性可使酸性集團相對含量增多，還原改性可使堿性集團含量增加，從而改善活性炭對不同極性物質(zhì)的吸附性能；金屬離子負載可增強對某些物質(zhì)的吸附效果；低溫等離子技術(shù)既能改變活性炭表面化學(xué)性質(zhì)，又能控制其界面物性，可大大提 高活性炭對各種污染物質(zhì)的吸附去除能力；酸堿改 性則大大改善了對金屬離子的吸附?；钚蕴扛男栽?水處理中的方向應(yīng)根據(jù)污水水質(zhì)和原活性炭的性質(zhì) 確定?；钚蕴勘砻娓男缘耐瑫r，伴隨著表面化學(xué)結(jié)構(gòu)的變化，其表面基團、孔容積和孑L徑分布等都會發(fā)生 改變，這也會大大影響活性炭