馬俊麗

天津市河?xùn)|區(qū)環(huán)境保護(hù)監(jiān)測(cè)站，天津 300000

活性炭改性方法及其在水處理中的應(yīng)用

馬俊麗

天津市河?xùn)|區(qū)環(huán)境保護(hù)監(jiān)測(cè)站，天津 300000

活性炭屬于典型的環(huán)境友好型吸附劑，但是由于普通活性炭也存在著一定的問題導(dǎo)致其去除吸附污染物的能力極為有限，很難滿足水處理的需要，由此可見，務(wù)必要對(duì)活性炭的性質(zhì)、結(jié)構(gòu)進(jìn)行改性，以此來提高水處理效率，增大吸附能力。本文首先分析了活性炭改性方法，其次，深入探討了改性活性炭在水處理中的應(yīng)用，其中包括去除水中有機(jī)物、去除水中重金屬及重金屬離子，具有一定的參考價(jià)值。

活性炭；改性方法；水處理；應(yīng)用

1 引言

活性炭具有易再生、安全性高、供應(yīng)量充足，不溶于有機(jī)溶劑、水，耐熱、耐酸堿，催化性、吸附性較強(qiáng)的特點(diǎn)，屬于典型的環(huán)境友好型吸附劑。與此同時(shí)，活性炭還能夠吸附冶煉工業(yè)廢水、電鍍廢水中的重金屬，能夠去除水體中的異味、異臭，澄清水質(zhì)，過濾水體中的細(xì)菌，正由于活性炭的優(yōu)點(diǎn)較為明顯，故備受重視。但是由于普通活性炭也存在著一定的問題，諸如吸附選擇性能差、灰分高、比表面積小、微孔分布過寬、孔容小等，再加上電化學(xué)性質(zhì)、表面官能團(tuán)的制約，導(dǎo)致其去除吸附污染物的能力極為有限，很難滿足水處理的需要，由此可見，務(wù)必要對(duì)活性炭的性質(zhì)、結(jié)構(gòu)進(jìn)行改性，以此來提高水處理效率，增大吸附能力。本文就活性炭改性方法及其在水處理中的應(yīng)用進(jìn)行探討。

2 活性炭改性方法

2．1 表面物理結(jié)構(gòu)特性改性

活性炭的物理吸附能力是由其表面物理結(jié)構(gòu)特性（孔徑分布、微孔結(jié)構(gòu)、微孔體積、比表面積等）所決定，當(dāng)吸附質(zhì)分子直徑＜活性炭孔直徑，活性炭表面孔內(nèi)就會(huì)有吸附質(zhì)分子進(jìn)入，以此來達(dá)到去除、吸附的目的?；钚蕴康谋砻嫖锢斫Y(jié)構(gòu)特性改性是指基于化學(xué)方法或者物理方法，在制備活性炭材料的過程中，通過對(duì)活性炭的孔隙分布、孔隙結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整，或者將其比表面積增大的方式來改變其吸附表面結(jié)構(gòu)，進(jìn)而對(duì)其物理吸附性能予以改變。

2．2 表面化學(xué)性質(zhì)的改性

2.2.1 表面氧化改性

表面氧化改性是指在適當(dāng)?shù)臏囟取⑦m宜的氧化劑的情況下，氧化處理活性炭材料表面的官能團(tuán)，讓其表面的酯基、酚羥基、羧基等含氧官能團(tuán)含量提高，以便增強(qiáng)活性炭材料吸附極性物質(zhì)的能力及親水性，進(jìn)而達(dá)到廢水治理、吸附回收的處理效果。H2SO4、HClO3、H2O2、O2、HNO3都是生產(chǎn)中較為常見的氧化劑，其中，氧化效果最強(qiáng)的是HNO3，HNO3能夠生成大量的酸性基團(tuán)，可對(duì)活性炭的表面酸性進(jìn)行有效調(diào)整；活性炭的表面幾何形狀在氧化改性后會(huì)變得較為均一。與此同時(shí)，所形成的含氧官能團(tuán)數(shù)量、種類會(huì)隨著氧化劑的不同而不同，活性炭的孔隙結(jié)構(gòu)也會(huì)在氧化處理之后出現(xiàn)較大的變化，會(huì)導(dǎo)致孔隙變寬、容積降低、比表面積降低。經(jīng)過高溫處理之后，出現(xiàn)在活性炭表面的酸性基團(tuán)會(huì)被去除掉。

2.2.2 表面還原改性

表面還原改性是指對(duì)活性炭表面官能團(tuán)進(jìn)行還原改性，以此來增強(qiáng)表面非極性，增加活性炭表面的輕基官能團(tuán)、含氧堿性基團(tuán)含量，進(jìn)而提高活性炭吸附非極性物質(zhì)的性能。氨水、H2、KOH、NaOH、N2等都是較為常見的用于表面還原改性的還原劑。

2.2.3 負(fù)載物質(zhì)改性

負(fù)載物質(zhì)改性物質(zhì)主要包括負(fù)載金屬化合物、負(fù)載金屬離子等。負(fù)載金屬改性的工作原理為：由于活性炭對(duì)金屬離子具有較強(qiáng)的吸附性和還原性，可先在活性炭表面吸附金屬離子，再將其還原成低價(jià)態(tài)離子或單質(zhì)離子；與此同時(shí)，利用被吸附物與金屬或者金屬離子之間的較強(qiáng)結(jié)合力，來大幅度提高活性炭吸附性能。銀離子、鐵離子、銅離子等均為常見的負(fù)載物質(zhì)改性金屬離子。而 負(fù)載化合物或雜原子改性則主要是將特定的化合物和雜原子引入到活性炭表面進(jìn)行液相沉積，利用吸附質(zhì)與它們之間的結(jié)合力來讓活性炭的吸附性能得以提高。FeCl3溶液、FeSO4溶液、Cu(NO3)2溶液、Na2CO3溶液、CuCl2溶液等均為常用的浸漬液。

2.2.4 低溫等離子體改性

低溫等離子技術(shù)既可對(duì)活性炭的界面物性進(jìn)行有效控制，又可對(duì)其表面化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行改變，優(yōu)勢(shì)較為明顯。低溫等離子體改性技術(shù)對(duì)活性炭進(jìn)行改性，通常都是利用CF4等離子體、氧氮等離子體，將含氟官能團(tuán)、含氮官能團(tuán)、含氧官能團(tuán)引入到活性炭表面，或者利用微波放電、輝光放電、電暈放電等方法來生成等離

▲▲子體，以便能夠?qū)⒒钚蕴康谋砻婺苡枰蕴岣摺?/p>

2.2.5 酸堿改性

酸堿改性是指對(duì)活性炭利用堿物質(zhì)、酸物質(zhì)來予以處理，以便改變活性炭表面發(fā)官能團(tuán)，并且還可對(duì)官能團(tuán)數(shù)量進(jìn)行適當(dāng)?shù)卣{(diào)整，以便獲得質(zhì)量較佳的專用活性炭。氨水、NaOH、H2O2、檸檬酸、HNO3、HCl、HClO等均為常用的酸堿改性劑。

3 改性活性炭在水處理中的應(yīng)用

3．1 去除水中有機(jī)物

有學(xué)者研究結(jié)果表明：在氧化還原過程中，帶有鉑元素的活性炭能夠讓有機(jī)酸的吸附作用大大增加；有學(xué)者對(duì)活性炭用多種浸漬液來改性，研究結(jié)果表明：活性炭的脫附活化能被浸漬液有效地改變，并且對(duì)吸附效果也造成了一定的影響。有學(xué)者研究結(jié)果表明：活性炭表面的化學(xué)性質(zhì)在負(fù)載金屬法和化學(xué)氧化法的作用下都會(huì)出現(xiàn)較大的變化，吸附效果較佳。

3．2 去除水中重金屬及重金屬離子

改性活性炭既可對(duì)水體中的無機(jī)污染物（如重金屬離子等）予以去除，又可對(duì)水體中的有機(jī)物予以去除（吸附作用機(jī)理）。通常而言，若引入氨基、羥基和羧基官能團(tuán)到粉末活性炭的表面，那么所得的吸附材料性能更佳，能夠更好地對(duì)污水中的重金屬離子進(jìn)行吸附。有學(xué)者對(duì)改性活性炭的吸附性能進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，將活性炭與HNO3溶液（溶液濃度為13.2 mol.L-1）以4:1的比例來進(jìn)行混合，回流1h（回流溫度為100℃）之后，改變煤質(zhì)活性炭的性質(zhì)，研究結(jié)果表面：這種方法能夠?qū)⒒钚蕴繉?duì)于Pb2+離子的吸附量明顯提高，改性前后的飽和吸附量相差巨大，可以達(dá)到105倍。

有學(xué)者在沸騰溫度下，將活性炭與HNO3溶液（溶液濃度為13.2 mol.L-1）以1:1的比例來進(jìn)行混合、氧化改性，然后再進(jìn)行加熱處理（加熱溫度為300-400℃），得出改性活性炭，這種改性活性炭的離子交換能力較強(qiáng)、陽(yáng)離子交換容量較高，尤其是能夠很好地吸附交換Cr(Ⅲ)。有學(xué)者對(duì)活性炭用二乙基二硫代氨基甲酸鈉和四丁基銨來進(jìn)行化合物改性、負(fù)載原子改性，以便能夠?qū)㈦婂儚U水中的鋅元素、鉻元素、銅元素等全部去掉。吸附氣體類無機(jī)物的活性炭常采用負(fù)載原子和化合物法或微波進(jìn)行改性。

4 結(jié)語

總之，改性活性炭能夠較好地吸附水體中的石油產(chǎn)品、酚類化合物、苯類化合物等有機(jī)污染物，而且還能夠有效地去除掉人工有機(jī)化合物、合成染料、亞甲基藍(lán)表面活性物質(zhì)、殺蟲劑、除草劑等其他方法難以去除的有機(jī)污染物，值得推廣應(yīng)用。

[1]鄭超，王榕，等．活性炭表面改性對(duì)釘基氨合成催化[J]．工業(yè)催化，2015，23(10):31-35．

[2]周勤，肖樂勤．氧化改性ACF對(duì)鉛離子吸附作用的研究[J]．北工時(shí)刊，2016，20(7):13-15．

[3]劉文宏，衰懷波，建平．不同溫度下HNO，改性對(duì)活性炭吸附銀的影響[J]．中國(guó)有色金屬學(xué)報(bào)，2007，17(4):663-667．

[4]蔡芬芬，朱義年，梁美娜．活性炭改性的研究進(jìn)展及其應(yīng)用[C]．2008年中國(guó)環(huán)境科學(xué)學(xué)會(huì)學(xué)術(shù)年會(huì)優(yōu)秀論文，2008．

[5]姚麗群，高利平，托羅別克，等活性炭的表面化學(xué)改性及其多有機(jī)硫化物的吸附性能的研究[J]燃料化學(xué)學(xué)報(bào)，2016，34(6):749-752．