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                                活性炭吸附的优势及其吸附原理

                                    活性炭是由木质、煤质和石油焦等含碳的原料经热解、活化加工制备而成,具有发达的孔隙结构、较大的比表面积和丰富的表面化学基团,特异性吸附能力较强的炭材料的统称。

                                    通常为粉状或粒状具有很强吸附能力的多孔无定形炭。由固态碳质物(如煤、木料、硬果壳、果核、树脂等)在隔绝空气条件下经600~900℃高温炭化,然后在400~900℃条件下用空气、二氧化碳、水蒸气或三者的混合气体进行氧化活化后获得。[3]

                                    炭化使碳以外的物质挥发,氧化活化可进一步去掉残留的挥发物质,产生新的和扩大原有的孔隙,改善微孔结构,增加活性。低温(400℃)活化的炭称L-炭,高温(900℃)活化的炭称H-炭。H-炭必须在惰性气氛中冷却,否则会转变为L-炭?;钚蕴康奈叫阅苡胙趸罨逼宓幕灾始捌渑ǘ?、活化温度、活化程度、活性炭中无机物组成及其含量等因素有关,主要取决于活化气体性质及活化温度。

                                    我国总的水资源约有2.7万亿m3,居世界第六位,但按人口平均计算(按12亿人口计),我国人均水资源仅有2250m2,只有世界人均占有量的1/4。而且我国水资源时空分布很不均衡,目前全国有180多个城市缺水,其中40个城市严重缺水、全国每天共缺水约880万m3,全国约有4000万人、300多万头牲畜吃水困难。在水资源如此贫乏的我国,每年排人水体的废水量达300多亿m3,其中工业废水约占80%-85%的废水未经处理就直接排放,使有限的水资源受到严重污染,使可利用的水资源数量减少。仅1981年我国就有53000km的河段受到不同程度的污染,水资源在使用过程中由于丧失了使用价值被废弃外排,并以各种形式使受纳水体受到影响而形成废水。我国由于缺水和水污染给经济发展、城乡建设和人民身体健康带来很大危害,全国估计每年水污染造成的经济损失达300亿元,因此,须加大废水治理的力度,采取各种方法进行废水处理。

                                    活性炭吸附性在废水处理中的应用

                                    活性炭吸附的优势

                                    在废水处理中只沉降法是常用的一种,但是沉降法处理一般只能去除约25%~30%的BOD5。污水中的溶解性有机物不能利用沉淀法去除?;Хㄓ捎谝┘练延煤芨叨一Щ炷コ芙庑杂谢锏男Ч缓枚也灰瞬捎?,而吸附法尤其是采用活性炭吸附,对污水的处理效果十分显著?;钚蕴靠梢酝殉奈⒘课廴疚?,可以对污水进行脱色,除臭味,脱除重金属汞、锑、铋、锡、钴、镍、铬、铜、镉等,脱除溶解性有机物、放射性元素等。利用活性炭吸附进行水处理,具有适用范围广、处理效果好、可回收有用物料(变废为宝)、吸附剂可重复使用等优点。

                                    活性炭的性质及其吸附原理

                                    活性炭有用于流化床的粉末状(PAC),也有用于固定床的颗粒状(GAC)。适用于水及废水处理的活性炭可由不同的原料制得,如烟煤、泥煤、褐煤、焦炭、木材及椰子壳等。制备时,加热上述材料使挥发性物质气化,并使之热解、碳化,然后进行活化处理?;罨棠苎≡裥缘卦谔蓟牧现谐ヒ徊糠痔荚?,使碳原子重新排列形成孔状结构,并扩大微孔的孔径,活化过程中可以通过物理方法或化学方法实现。在制造过程中,处于微晶体边缘的碳原子,由于共价键不饱和而易与其它元素如氧、氢等结合形成各种含氧官能团(又称表面氧化物),如羟基、羧基等,含量及电荷随原料组成,随活化条件不同而异,低温活化(T<5000℃)的碳可以生成表面酸性氧化物,水解后可以放出H+,因此能降低蒸馏水的pH值:高温活化(800~1000℃)的碳可以生成表面碱性氧化物,水解后可以放出OH-基团,因此能提高蒸馏水的pH值。

                                    由于活性费来面具有微弱极性,使其它极性溶质竞争活性炭表面的活性位置,导致非极性溶质吸附量的降低。而对水中某些金属离子将产生离子交换吸附或络合反应,提高处理效果。

                                    此外,活性炭还是一种催化剂,具有催化氧化及催化还原作用。使水中金属如二价铁氧化成三价铁,二价汞离子还原成金属汞而被吸附去除。

                                    在吸附过程中发生溶质由溶剂向固体吸附剂表面的质量传递,推动力可以是溶质的疏水特性或溶质对固体表面的亲和性,或两者均存在。在废水处理中通过活性炭吸附而被去除的物质一般为兼有疏水基团与亲水基团的有机化合物。有机物的疏水基团易靠近固体表面而被吸附。表面活性剂是这类有机物的一个代表。溶质对固体表面的亲和力主要由两方面原因形成,第一种原因是溶解度。溶质的溶解度越大,则向表面运动的可能性越小。相反,溶质的憎水性越大,向吸附界面移动的可能性越大;第二种原因是溶质与吸附剂之间的静电引力、范德华力或化学键力所引起。吸附作用的速率可以由弗兰德利希(Freundlich)吸附等温式反映。

                                    当活性炭吸附达到饱和后,可以进行脱附再生,然后再重复使用,这也是活性炭的又一优点。脱附再生是吸附的逆过程,即在吸附剂结构不变化或者变化极小的情况下,将吸附质从吸附剂孔隙中除去,恢复它的吸附能力。通过再生使用,可以降低处理成本,减少废渣排放,同时回收吸附质。

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