劉維平 長(zhǎng)沙環(huán)境保護(hù)職業(yè)技術(shù)學(xué)院

水處理中活性炭的應(yīng)用與活性炭改性方法分析

劉維平 長(zhǎng)沙環(huán)境保護(hù)職業(yè)技術(shù)學(xué)院

隨著我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展，人們的生活質(zhì)量不斷提高，但是生態(tài)環(huán)境卻遭受到了嚴(yán)重破壞，其中，水生態(tài)破壞問題最為嚴(yán)重。為了能夠全面提高水處理工作質(zhì)量，我們必須要合理采用活性炭物質(zhì)，加強(qiáng)水環(huán)境處理效果。但是普通活性炭由于吸附能力極其有限，無法滿足當(dāng)代水處理工作標(biāo)準(zhǔn)。

水處理 活性炭 改性方法 應(yīng)用

引言

活性炭是一種黑色的粉末或顆粒狀的無定形碳，是國際碳材料長(zhǎng)期發(fā)展下的產(chǎn)物?；钚蕴烤哂邪踩愿?、易再生、資源充足、不溶于液體、吸附性較強(qiáng)等特點(diǎn)，是一種典型的環(huán)境友好型吸附劑。從使用范圍分析，活性炭在社會(huì)生產(chǎn)中的應(yīng)用范圍愈加廣泛，不僅能夠吸附工業(yè)廢水的殘留物，例如重金屬等，同時(shí)還能夠消除水中的臭味和異味，讓水質(zhì)變得更加澄清，過濾水中的細(xì)菌。由此可見，正式由于活性炭具有諸多明顯的優(yōu)勢(shì)，因此廣受社會(huì)各個(gè)階層的關(guān)注。但是為了能夠避免普通活性炭的缺點(diǎn)，如表面積小、吸附性差、灰分高、孔容小、微孔分布寬等，對(duì)活性炭的性質(zhì)、結(jié)構(gòu)進(jìn)行改性，從而提高水處理的工作效率，提高活性炭的吸附能力。

一、活性炭的改性方法分析

1.表面氧化改性。該種改性方式主要是通過氧化劑對(duì)活性炭進(jìn)行處理，這樣能夠讓活性炭表面出現(xiàn)氧化反應(yīng)，從而提高含氧官能團(tuán)數(shù)量，例如酚羥基、酯基等，進(jìn)一步加強(qiáng)活性炭的親水性能。通過表面氧化能夠有效提高極性物質(zhì)的吸附能力，常見的氧化劑主要包括硝酸、雙氧水、高氯酸、臭氧等。在這些氧化劑中，硝酸的氧化性能最強(qiáng)，在與活性炭反應(yīng)中能夠出現(xiàn)大量的酸性基團(tuán)，其余的氧化劑較為溫和，能夠用作于活性炭的表面酸性。通過氧化改性后的活性炭表面結(jié)構(gòu)更加均勻，采用不同的氧化劑能夠獲取不同數(shù)量與極性不同的活性炭材料，大大提高了活性炭的應(yīng)用范圍。

2.表面還原改性。表面還原改性主要是通過采用不同的活性炭表面官能團(tuán)進(jìn)行還原改性，這樣能夠提高活性炭避免含氧堿基基團(tuán)和羥基官能團(tuán)的含量，從而增強(qiáng)活性炭表面上的極性，加強(qiáng)活性炭對(duì)非極性物質(zhì)的吸附能力。通常情況下，活性炭還原劑可以采用氮?dú)?、氫氣、氫氧化鉀、氫氧化鈉，氨水等。例如通過氫氣對(duì)活性炭表面進(jìn)行處理可以發(fā)現(xiàn)，改性后的活性炭孔隙性能沒有產(chǎn)生明顯的變化，但是表面含氧官能團(tuán)數(shù)量逐步降低，這就即可提高活炭材料對(duì)有機(jī)污染物的吸附能力。

3.負(fù)載金屬改性。通過采用負(fù)載金屬改性方法，將可溶性鹽溶解中的金屬離子負(fù)載到活性炭當(dāng)中，并且在高溫條件下對(duì)碳原子進(jìn)行氧化還原反應(yīng)，這樣就能夠造成碳缺失，擴(kuò)充活性炭的孔洞，提高其吸附功能。再者，金屬離子自身也具備對(duì)某種特殊物質(zhì)的吸附能力。相關(guān)科學(xué)家采用硫酸鐵、硝酸鐵等物質(zhì)對(duì)活性炭改性，采用高溫加熱的形式能夠讓金屬鹽分解成氧化氮、氧化硫等物質(zhì)，并且與活性炭孔道產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，成功的擴(kuò)大了活性炭的孔徑。

4.酸堿改性方法。酸堿改性方法是采用酸物質(zhì)、堿物質(zhì)對(duì)活性炭表面進(jìn)行處理，從而改變活性炭表面發(fā)官能團(tuán)，并且還能夠?qū)钚蕴康墓倌軋F(tuán)數(shù)量進(jìn)行調(diào)節(jié)，最終獲取更高質(zhì)量的活性炭，大大提高了活性炭的吸附功能。主要的酸堿改性劑有：檸檬酸、氯化氫等。

二、活性炭在水處理中的應(yīng)用

1.去除水中有機(jī)物。據(jù)有關(guān)研究表明，在氧化還原中帶有鉑元素的活性炭能夠大大提高對(duì)有機(jī)物的吸附性能。通過將多種浸漬液對(duì)活性炭進(jìn)行改性，浸漬液能夠有效改變活性炭中的脫附活化能，從而對(duì)吸附效果帶來巨大影響。通過一系列的試驗(yàn)工作，發(fā)現(xiàn)活性炭表面化學(xué)性質(zhì)在氧化法和負(fù)載金屬法中的性能提高較強(qiáng)，大大提高了活性炭的吸附能力。因此，將活性炭應(yīng)用在水處理中，可以通過負(fù)載金屬、氧化法讓活性炭改性，從而提高水中有機(jī)物的處理能力。

2.去除水中重金屬離子。由于活性炭在改性后的吸附能力會(huì)大大增加，不僅能夠?qū)λ杏袡C(jī)物進(jìn)行去除，同時(shí)也能夠吸附無機(jī)污染物，也就是重金屬離子。從理論方面分析，在活性炭表面上添加氨基、羥基、羧基官能團(tuán)等物質(zhì)，能夠進(jìn)一步提高活性炭的吸附能力，從而更好的處理水中的重金屬離子（吸附）。有關(guān)學(xué)者對(duì)活性炭進(jìn)行了改性試驗(yàn)，通過在活性炭中加入濃度為13.2 mol.L-1的HNO3溶液，其應(yīng)用比例為4∶1混合，在回流溫度在100℃、回流時(shí)間1h的作用下，即可讓活性炭改性，該種方法能夠大大提高活性炭對(duì)Pb2離子的吸附能力，并且相比普通活性炭的吸附能力強(qiáng)105倍，吸附作用極為明顯。還有部分學(xué)者在試驗(yàn)中，將HNO3溶液和活性炭混合，混合比例為1∶1，從而讓活性炭出現(xiàn)氧化改性，并在溫度為350℃基礎(chǔ)上進(jìn)行加熱處理，最終得到改性活性炭。該種活性肽的離子交換性能非常強(qiáng)， 陽離子交換容量更高，特別是對(duì)于Cr(Ⅲ)物質(zhì)，吸附性能會(huì)明顯提高。此外，可以將二乙基二硫代氨基甲酸鈉和四丁基銨讓活性炭改性，這樣能夠去除水中的鉻元素、鋅元素、銅元素等。總之，針對(duì)不同的金屬元素需要采用不同的改性方法，從而保障水處理工作的針對(duì)性。

3.去除其他物質(zhì)。由于在一定溫度下對(duì)活性炭進(jìn)行加熱，能夠讓其獲得更強(qiáng)的陰離子吸附交換功能。例如采用氫氧化鈉進(jìn)行改性的活性炭，能夠有效去除殺蟲劑等物質(zhì)；采用負(fù)載納米二氧化鈦的活性炭能夠提高光催化功能，從而降低工業(yè)廢水中的甲基橙含量。由此可見，針對(duì)不同的水治理目標(biāo)，在應(yīng)用活性炭時(shí)需要采用不同物質(zhì)對(duì)其進(jìn)行改性，這樣才能夠提高水處理效果。

三、結(jié)束語

綜上所述，改性活性能夠有效吸附酚類化合物、石油產(chǎn)物、苯類化合物等有機(jī)污染物以及重金屬離子類的無機(jī)化合物，同時(shí)，改性活性炭還能夠去除人工合成的染料、化合物、殺蟲劑、亞甲基藍(lán)活性物質(zhì)等。因此，為了能夠全面提高水處理質(zhì)量，我們必須要針對(duì)不同的改性方法與活性炭性能，根據(jù)水處理目標(biāo)對(duì)活性炭進(jìn)行針對(duì)改性，這樣才能過全面提高水處理效果。

[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]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.