摘要：活性炭由于具有多孔，比表面積大，發(fā)達(dá)的孔隙結(jié)構(gòu)等特點而使其具有優(yōu)良的吸附性能，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于生活的各個方面。本文介紹了活性炭的制法與性能參數(shù)以及其再生方面存在的問題，對近年來活性炭改性上的一些研究展開論述，并對其應(yīng)用前景作展望。

關(guān)鍵詞：活性炭;活性炭再生;活性炭改性

中圖分類號：X13 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2095-672X（2019）06-00-02

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2019.06.048

Abstract：Activated carbon has excellent adsorption properties due to its porous，large specific surface area and developed pore structure，and has been widely used in all aspects of life.In this paperthe preparation，performance parameters and regeneration problems of activated carbon are introduced.Some studies on modification of activated carbon in recent years are discussed，and its application prospects are prospected.

Key words：Active charcoal;Activated carbon regeneration;Activated carbon modification

活性炭（Active charcoal），亦稱活性碳（Active carbon）、活化炭（Activated charcoal;Activated char）或活化碳（Activated carbon），是黑色粉末狀或顆粒狀的碳物質(zhì)。它具有種多孔、堆積密度低、比表面積大等特點，是做過濾器的主要物料。

1 活性炭制法

目前活性炭主要有兩種制法，物理活化與化學(xué)活化。物理活化通常需要兩個步驟：首先，在600-900℃范圍內(nèi)的溫度下，惰性氣中（氬氣或氮氣等）對含碳物質(zhì)碳化;然后將碳化材料暴露于溫度高于250°C（通常在600-1200°C的溫度范圍內(nèi)）的氧化氣體中，如二氧化碳或水蒸汽，進(jìn)行活化。化學(xué)活化是首先將原材料用酸，強(qiáng)堿或鹽[1]，如磷酸、氫氧化鉀、氫氧化鈉、氯化鈣和氯化鋅等溶液浸漬，然后再在較低溫度（450-900℃）下活化?；瘜W(xué)活化優(yōu)于物理活化，因為活化所需溫度較低，時間較短。

2 活性炭性能

活性炭有粉狀（粒徑為10～50μm）和顆粒狀（粒徑為0.4～2.4mm）兩種，通性是多孔，比表面積大。其內(nèi)部的很多微孔區(qū)域，相隔僅幾納米左右。這些微孔為發(fā)生吸附提供了極好條件?；钚蕴康谋砻娣e通常在每克500～1700m3[2]。由于其可以非常好地吸附碘，碘容量（mg·g-1）（ASTM D28標(biāo)準(zhǔn)方法測試）可用作總表面積的指標(biāo)。另外，活性炭主要性能參數(shù)是吸附速率與吸附容量。吸附速率是指單位重量活性炭在單位時間內(nèi)能吸附的溶質(zhì)的量。吸附容量是指單位重量活性炭達(dá)到吸附飽和時能所能吸附的溶質(zhì)的量，和原料、制造過程及再生方法有關(guān)。一定溫度下，達(dá)到吸附平衡時，單位重量活性炭所吸附的溶質(zhì)的量常用弗羅因德利希（Freundlich）經(jīng)驗公式表示：

其中Γ通常指每克吸附劑吸附溶質(zhì)的物質(zhì)的量，單位為mol·g-1;x為吸附溶質(zhì)的物質(zhì)的量，單位為mol;m為吸附劑的質(zhì)量，單位為g;C為平衡濃度，單位為mol·g-1;k，n為經(jīng)驗常數(shù)，由溫度、溶劑、吸附質(zhì)及吸附劑的性質(zhì)決定（n一般在0.1～0.5之間）。

3 活性炭的再生

活性炭的再生是指活性炭吸附容量耗盡，成為飽和活性炭后，利用一定的方法恢復(fù)其吸附能力的過程。世界上最大的活性炭再生中心位于比利時Roeselare。工業(yè)過程中最常用的再生技術(shù)是熱再生[3]，再生過程通常遵循三個步驟[4]：

（1）烘干：將吸附劑在約105°C下烘干，以去除活性炭上的可揮發(fā)成分;（2）高溫炭化：在惰性氣體中高溫解吸和分解（500-900°C），以去除活性炭上吸附的一部分有機(jī)物;（3）高溫活化：在高溫（800°C左右）下通過非氧化性氣體（水蒸汽或二氧化碳）進(jìn)行殘余有機(jī)物氣化，去除前一階段多孔結(jié)構(gòu)中形成的焦化有機(jī)殘留物，并重新恢復(fù)多孔碳結(jié)構(gòu)，再生其原始表面特性。

每次熱再生約損耗5%～10%的吸附容量，導(dǎo)致吸附能力的損失[5]。熱再生是一個高能量過程，其所需的高溫環(huán)境造成了能源上的浪費，商業(yè)成本也非常昂貴。熱再生高能量、高成本的性質(zhì)促使人們研究替代熱再生的方法以減少此類過程對環(huán)境影響。目前在工業(yè)中已經(jīng)采用了熱再生系統(tǒng)的一些替代物，例如化學(xué)和溶劑再生[6]，微生物再生[7]，電化學(xué)再生[8]，超聲波再生[9]，濕空氣氧化[10]等。

4 活性炭改性研究

傳統(tǒng)活性炭的表面是活性的，能夠被大氣中的氧氣和氧氣等離子、蒸汽、二氧化碳和臭氧或者各種氧化試劑[11]，如HNO3、H2O2、KMnO4等氧化?；钚蕴康母男跃褪峭ㄟ^在活性炭微孔的表面上形成大量的堿性或酸性基團(tuán)來增加其吸附能力。

活性炭的吸附量不高以及再生問題使得對活性炭進(jìn)行改性就顯得迫在眉睫了。韓嚴(yán)和等[12]從活性炭表面結(jié)構(gòu)特性、表面化學(xué)性質(zhì)和電化學(xué)性質(zhì)3個方面敘述了國內(nèi)外在活性炭改性方面的研究進(jìn)展;解強(qiáng)等[13]研究了采用低溫氧、氮等離子體改性活性炭后其表面官能團(tuán)種類與數(shù)量的變化規(guī)律;楊嬌萍等[14]用FeCl3作為化學(xué)添加劑、CO2為活化劑，采用化學(xué)-物理混合活化法對溧陽活性炭（LAC）進(jìn)行改性，研究了改性后活性炭比表面積、總孔容、孔徑分布與電化學(xué)性能的變化;金璇等[15]綜述了國內(nèi)外學(xué)者對氧化改性和還原改性活性炭吸附有機(jī)物的研究進(jìn)展;姚麗群等[16]研究了活性炭表面氧化改性后對有硫化物吸附的影響;劉宏燕[17]討論了氧化改性活性炭對鉛離子吸附性能的影響;高峰等[18]研究了硝化-還原法對高比表面積活性炭改性后對CO2的吸附性能的影響;佟莉等[19]發(fā)現(xiàn)用硝酸氧化法對活性炭表面處理后，改性活性炭能有效脫除單質(zhì)汞;陳玉蓮等[20]研究了經(jīng)過不同的酸堿處理后改性活性炭對甲苯吸附性能的變化;朱燕等[21]通過實驗發(fā)現(xiàn)，利用0.02%的NaOH溶液對活性炭改性后再利用3%的氨水對活性炭二次改性，最終甲醛去除率可達(dá)94.38%;高雯雯等[22]探討了采用鈰溶液浸漬法改性活性炭前后對苯酚的去除率。

5 結(jié)語

活性炭可以吸附水中眾多有機(jī)物和金屬離子，但在通常對特定有機(jī)物的吸附量很小[23]。從吸附模式上講，Langmuir 和Freundlich 模式對于金屬離子和有機(jī)物都是經(jīng)典的經(jīng)驗?zāi)Ｊ?，無法從本質(zhì)上反應(yīng)吸附過程。目前對于動態(tài)吸附模式和機(jī)理的研究相對缺乏，這方面應(yīng)進(jìn)行深入的研究，同時在NOM 背景下的吸附研究也需進(jìn)一步展開。

參考文獻(xiàn)

[1]Romanos，J.et al.”Nanospace engineering of KOH activated carbon.”Nanotechnology 23.1（2011）：015401.

[2]王淑榮.染整廢水處理[M].中國紡織出版社，2005.

[3]Bagreev，A.;Rhaman，H.;Bandosz，T.J（2001）.”Thermal regeneration of a spent activated carbon adsorbent previously used as hydrogen sulfide adsorbent”.Carbon.39（9）：1319-1326.

[4]Sabio，E.;Gonzalez，E.;Gonzalez，J.F.;Gonzalez-Garcia，C.M.Ramiro，A.;anan，J（2004）.”Thermal regeneration of activated carbon saturated with p-nitrophenol”.Carbon.42（11）：2285-2293.

[5]Miguel GS，Lambert SD，Graham NJ （2001）.”The regeneration of field spent granular activated carbons”.Water Research.35（11）：2740-2748.

[6]Martin，R.J.;Wj，N （1997）.”The repeated exhaustion and chemical regeneration of activated carbon”.Water Research.21（8）：961-965.

[7]Aizpuru A，Malhautier L，Roux JC，F(xiàn)anlo JL（2003）.”Biofiltration of a mixture of volatile organic compounds on granular activated carbon”.Biotechnology and Bioengineering.83（4）：479-488.

[8]Narbaitz RM，Karimi-Jashni A（2009）.”Electrochemical regeneration of granular activated carbons loaded with phenol and natural organic matter”. Environmental Technology.30（1）：27-36.

[9]Lim JL，Okada M（2005）.”Regeneration of granular activated carbon using ultrasound”.Ultrasonic-Sono-Chemistry.12（4）：277-285.

[10]Shende RV，Mahajani VV （2002）.”Wet oxidative regeneration of activated carbon loaded with reactive dye”. Waste Management. 22 （1）： 73-83.

[11]Pradhan B.K.;Sandle N.K.（1999）.”Effect of different oxidizing agent treatments on the surface properties of activated carbons”.Carbon.37（8）：1323-1332.

[12]韓嚴(yán)和，全燮，薛大明等.活性炭改性研究進(jìn)展[J].環(huán)境工程學(xué)報，2003，4（1）：33-37.

[13]解強(qiáng)，李蘭亭，李靜等.活性炭低溫氧/氮等離子體表面改性的研究[J].中國礦業(yè)大學(xué)學(xué)報，2005，34（6）：688-693.

[14]楊嬌萍，田艷紅.化學(xué)-物理混合活化法改性活性炭電化學(xué)性能[J].電源技術(shù)，2005，29（6）：372-375.

[15]金璇，馬魯銘，王紅武.表面化學(xué)改性活性炭對有機(jī)物吸附的研究進(jìn)展[J].環(huán)境科技，2006，19（a02）：43-45.

[16]姚麗群，高利平，托羅別克等.活性炭的表面化學(xué)改性及其對有機(jī)硫化物的吸附性能的研究[J].燃料化學(xué)學(xué)報，2006，34（6）：749-752.

[17]劉宏燕.椰殼基活性炭改性及其對Pb的吸附性能研究[D].長沙：中南大學(xué)，2010.

[18]高峰，王媛，李存梅等.活性炭表面改性及其對CO2吸附性能的影響[J].新型炭材料，2014，29（2）：96-101.

[19]佟莉，徐文青，亓昊等.硝酸改性活性炭上氧/氮官能團(tuán)對脫汞性能的促進(jìn)作用（英文）[J].物理化學(xué)學(xué)報，2015（3）：512-518.

[20]陳玉蓮，吳秋芳，孔凡滔等.酸堿改性活性炭對甲苯的吸附性能研究[J].環(huán)境工程，2016，34（2）：91-95.

[21]朱燕，李亮，劉煦晴.改性活性炭去除室內(nèi)甲醛的試驗研究[J].環(huán)境科學(xué)與技術(shù)，2016（s2）：196-200.

[22]高雯雯，張智芳，孫琪等.鈰改性活性炭對苯酚的吸附行為研究[J].離子交換與吸附，2017（3）：260-270.

[23]陳安良，陶菲.活性炭吸附的應(yīng)用研究[J].化學(xué)工程與裝備，2011（11）：164-166.

收稿日期：2019-03-07

作者簡介：段東平（1984-），男，漢族，碩士研究生，中級工程師，研究方向為資源環(huán)境。