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1、活性炭技术的应用摘 要：本文将着重讲述活性炭的特性以及活性炭吸附技术在水处理中的应用情况。关键字：活性炭，活性炭纤维，水处理1. 引用活性炭作为一种比较特殊的碳质材料，以其发达的孔隙结构、巨大的比表面积、良好的稳定性质、很强的吸附能力以及优异的再生能力，被广泛应用于环保等各个领域，文章将着重介绍活性炭吸附技术在水处理中的应用。2. 活性炭的物理化学特性2.1 活性炭（AC） 活性炭是常用的一种非极性吸附剂，性能稳定，抗腐蚀，故应用广泛。它是一种具有吸附性能的炭基物质的总称。把含碳的有机物质加热炭化，去除全部挥发物，在经药品（如ZnCl2 等）或水蒸汽活化，制成多孔性炭素结构吸附剂。活性炭有粉状
2、和粒状两种，工业上多采用粒状活性炭。由于原料和制法的不同，其孔径分布不同，一般分为：碳分子筛，孔径在1010-10m 以下；活性焦炭，孔径2010-10 以下；活性炭，孔径在5010-10m 以下1。2.2 活性炭纤维（ACF） 活性炭纤维是一种新型吸附功能材料，它以木质素、纤维素、酚醛纤维、聚丙烯纤维、沥青纤维等为原料，经炭化和活化制的。与活性炭相比较特有的微孔结构，更高的外表面和比表面积以及多种官能团，平均细孔直径也更小，通过物理吸附以及物理化学吸附等方式在废水、废气处理、水净化领域得到了广泛应用。纤维状活性炭微孔体积占总孔体积90%左右，其微孔孔径大部分在1nm 左右，没有过度孔和大孔。
3、比表面积一般为6001200m2/g，甚至可达3000m2/g。活性炭纤维脱附再生速率快，时间短，且其性能不变，这一点优于活性炭。与活性炭一样，活性炭纤维吸附时无选择性，主要用于吸附有机污染物，一般用于炼油厂综合废水处理2。3. 活性炭的吸附作用与吸附形式3.1 活性炭处理活性炭处理指利用活性炭作为吸附剂和催化剂载体的有关过程3。主要应用于生活饮用水深度净化，城市污水处理，工业废水的处理。3.2 吸附作用与吸附形式4将溶质聚集在固体表面的作用称为吸附作用。活性炭表面具有吸附作用。吸附可以看成是一种表面现象，所以吸附与活性炭的表面特性有密切关系。活性炭有巨大的内部表面和孔隙分布。它的外表面积和表
4、面氧化状态的作用是较小的，外表面是提供与内孔穴相通的许多通道。表面氧化物的主要作用是使疏水性的炭骨架具有亲水性，使活性炭对许多极性和非极性化合物具有亲和力。活性炭具有表面能，其吸附作用是构成孔洞壁表面的碳原子受力不平衡所致，从而引起表面吸附作用。活性炭的吸附形式分为物理吸附和化学吸附。物理吸附时通过分子力的吸附，即同偶极之间的作用和氢键为主的弱范德华力有关。它有足够的强度，可以捕获液体中的分子。物理吸附是分子力引起的，吸附力较小。物理吸附需要活化能，可在低温条件下进行。这种吸附时可逆的，在吸附的同时，被吸附的分子由于热运动会离开固体表面，这种现象称为解吸。化学吸附与价键力相结合，是一个放热过程
5、。化学吸附有选择性，只对某种或几种特定物质起作用。化学吸附不可逆，比较稳定，不易解吸。活性炭的吸附过程分为三个阶段。首先是被吸附物质在活性炭表面形成水膜扩散，称为膜扩散，然后扩散到炭的内部孔隙，称为孔扩散，最后吸附在炭的孔隙表面上。因此，吸附速率取决于被吸附物向活性炭表面的扩散。在物理吸附中，炭粒孔隙内的扩散速度和炭粒表面上的吸附反应速度，主要同前两项有关。4. 活性炭吸附技术在水处理中的应用34.1 活性炭吸附技术应用于水处理中的概况实践证明，活性炭是用于水和废水处理较为理想的一种吸附剂，研究活性炭用于水和废书处理已有十年的历史。近二十年来，由于活性炭的再生问题得到了较为满意的解决，同时，活
6、性炭的制造成本也有了降低，活性炭吸附技术在国内外才逐渐推广使用，目前使用最多的是三级废水处理和给水除臭。20 世纪60 年代初，欧美各国开始大量使用活性炭吸附水源净化的有效手段。我国20 世纪60 年代已将活性炭用于二硫化碳废水处理，自70 年代初以来，粒状活性炭处理工业废水，不论在技术上，还是在应用范围和处理规模上都发展很快。在炼油废水、炸药废水、印染废水、化工废水、电镀废水等处理都已在生产上形成较大规模的应用，并取得了满意的效果。国外对粉状活性炭吸附性能做的大量研究表明：粉状活性炭对三氯苯酚、农药中所含有机物，三卤甲烷及前体物以及消毒副产物三氯醋酸、二氯醋酸和二卤乙腈等均有很好的吸附效果，
7、对色、嗅、味的去除效果已得到公认。粉状活性炭在欧洲、美国、日本等地的应用很普遍，美国20 世纪80 年代初期每年在给水处理中所用粉状活性炭约25 万吨，且有逐年增加的趋势。我国20 世纪60 年代末期开始注意污染水源的除嗅、除味问题。粉末活性炭在上海、哈尔滨、合肥、广州都曾试用过。粉状活性炭应用的主要特点是设备投资低，价格便宜，吸附速度快，对短期及突发性水质污染适应能力强。自来水厂中应用粉状活性炭吸附技术，是一项非常有前景的技术。但是，由于未能很好地解决该技术在应用方面存在的局限性，仍然难以发挥粉状活性炭技术的优势，导致该技术应用不能达到实际效果。在自来水厂中的应用必须解决理论依据和应用两大类
8、问题。理论上应解决的问题主要有以下几个方面：1.根据水厂原水的水质状况，特别是有机物分子量的分布状况，确定投加粉状活性炭的炭种和不同炭种活性炭对有机物去除效果的影响；2.根据水厂的实际水质情况，确定合适、合理的投加点及投加方式，以解决粉状活性炭与混凝剂吸附竞争的矛盾，提高粉状活性炭使用效率。4.4 颗粒活性炭在饮用水深度处理中的应用由于活性炭对水中微量有机污染物具有优良的吸附特性，早在20 世纪20 年代初，国外就开始用粉状活性炭去除水中的臭和味。1930 年第一个使用颗粒活性炭吸附池除臭的水厂建于美国费城，在20 世纪60 年代末70 年代初，由于煤质颗粒炭的大量生产和再生设备的问世，发达国
9、家开展了利用活性炭吸附去除水中微量有机物的研究工作，对饮用水进行深度处理，颗粒活性炭净化装置在美国、欧洲、日本等国陆续建成投产。美国以地面水为水源的水厂已有90%以上采用了活性炭吸附工艺。目前世界上有成百座用颗粒炭吸附的水厂正在运行。国外目前在给水处理中最常用的是降流式活性炭吸附池，据报道最大单池面积达160m2,单层炭层厚度为0.72.5m，空床接触时间620min，大多数采用压缩空气和水联合冲洗。5. 结束语随着可持续发展观念的深入人心以及国际社会对环境保护的日益重视，推动了活性炭在废水处理上的应用。利用活性炭良好的稳定性质、很强的吸附能力以及优异的再生能力，巧妙地结合其他的水处理工艺，达到提高水处理的出水水质。参考文献1 钱汉卿，左宝昌编著.化工水污染防治技术.北京：中国石化出版社，2004,7：56.2 李旭东，杨芸等编著.废水处理技术及工程应用.北京：机械工业出版社，2003,6：158159.1
