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1、编号：时间：2021年x月x日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第1页 共1页活性炭在环境污染控制中的应用曾丁才（华南师范大学化学与环境学院 广州 510631）摘要 本文全面介绍了活性炭在环境保护工作各个方面的应用，包括大气污染控制诸如烟气脱硫脱硝、生活环境气体净化、溶剂回收等，以及水污染控制中的应用，并介绍了改性活性炭应用与环境污染控制的良好前景。关键词 活性炭 环境保护 大气污染控制 水处理活性炭材料作为一种性能优良的吸附剂，主要是由于其具有独特的吸附表面结构特性和表面化学性能所决定的。活性炭材料的化学性质稳定，机械强度高，耐酸、耐碱、耐热，不溶于水与有机溶剂，可以再生使用，已经广泛地
2、应用于化工、环保、食品加工、冶金、药物精制、军事化学防护等各个领域。目前，改性活性炭材料被广泛用于污水处理、大气污染防治等领域，在治理环境污染方面越来越显示出其诱人的美好前景。1活性炭的结构和性质活性炭属无定型炭，由许多呈石墨型的层状结构的微晶不规则地集合而成，具有结晶缺陷。这些内部结构使活性炭在水处理中不仅具有吸附能力，还能起到催化作用。活性炭内部有无数微细孔隙纵横相通，其孔径为1 10 - 101 10 - 6m ，特别是1 10 - 101 10 - 9m 的微孔居多，使活性炭具有巨大的比表面积(可达1 000 m2/ g) 。这些物理特性也是活性炭具有强大吸附能力的原因之一。活性炭可以
3、用木头、煤、椰壳、锯末等各种含碳的物质经一系列工艺过程制得。由不同原料制得的活性炭具有不同的硬度、粒径大小和比表面积。所以，不同型号活性炭有各自的应用领域。如由烟煤制成的活性炭具有从微孔到大孔的各种孔径，因此，对高分子有机物有较好的吸附能力;而用椰壳制成的活性炭比表面积很大，但大孔少，所以比较适用于低分子有机物的吸附。活性炭吸附能力的大小不仅与本身性质有关，还与被吸附物质的分子结构、溶解性和离子化程度等有关1。与硅胶、沸石等吸附剂相比，活性炭主要有以下特点：（1）活性炭是非极性吸附剂，能选择吸附非极性物质，对极性物质的吸附能力很小；（2）活性炭是疏水性的吸附剂，在有水或水蒸汽的存在的情况下仍能
4、发挥作用；（3）活性炭孔径分布广，能够吸附分子大小不同的物质，但是选择性吸附较差，如果对活性炭表面进行氧化改性，可以增强对极性物质的吸附能力；（4）活性炭具有一定的催化能力；（5）活性炭的化学稳定性和热稳定性优于硅胶等其他吸附剂2。2活性炭在大气污染控制中的应用21 烟气脱硫脱硝我国是以煤为主要能源的国家，目前，SOx已成为我国空气最主要污染物之一。SOx的排放不仅对人体有害，还会引起酸雨。尤其是大气中SO2 可以导致多种呼吸器官疾病和更多诱发心血管疾病，而且SO2 在环境中形成的酸沉积会引起江河湖泊的酸化，对植物和农作物造成损害。此外，酸沉积能加速大气中的各种建筑物及金属物的腐蚀。同时，随着
5、我国汽车工业迅速发展，NOX的污染业日益严重。因此，烟气的脱硫脱硝在大气污染控制中就显得尤为重要。在众多的烟气脱硫脱硝技术中，活性炭法不但经济可行，而且技术方法成熟，在国内外以有不少商业化运行的装置。活性炭脱硫脱硝技术是以德国、美国为中心，在20世纪50年代开始研究的。日本起始于60年代，但在70年代后才有快速发展。在此，就日本在这一技术开发上处于领先地位的电源开发株式会社的研究作一些介绍。处理工艺如图4所示。图中，脱硫塔：活性炭吸附排气中的SOx；脱硝塔：活性炭使NH3 与NOx反应；分离塔：加热活性炭脱去SOx，再生活性炭。图4 活性炭脱硫脱硝工艺流程从最新验证性实验(燃煤排烟SOx：80
6、0 ppm，NOx：190 ppm)得出中试结果及经济性评价如下：(1) 没有发生装置故障和活性炭过热问题，具有可靠性、安全性；(2) 脱硫率能达到97%以上，而脱销率能达到80%以上；(3) 工业用水量只有湿法脱硫的1/60，排水量可减少1/10；(4) 在现有的锅炉排放气体和环境条件下，对干式同时脱硫脱硝技术和目前所使用的技术(SCR+湿式脱硫系统)进行比较，结果两者的建设费干式同时脱硫脱硝技术稍低；但是活性炭的成本高，干式同时脱硫脱硝技术的运行费用比较高。如果今后环境指标更加严格，性能优越的干式同时脱硫脱硝技术是能够与现代技术竞争的。另外，这一技术对于用水困难的地区更具意义3。22 生活
7、气体净化活性炭净化生活环境气体可以广泛应用于十字路口、停车场、大型会堂、办公场所以及高速公路隧道的通风换气。在这些环境中的污染物主要包括少量的二氧化硫、硫化氢、一氧化碳、氮氧化物、氨、装潢挥发油、油烟、汗酸臭、抽烟烟雾，臭氧等。这些物质严重危害人体健康，采用活性炭吸附过滤的方法比较合适。目前通常采用与空调、换气设备连用的方法2。牟桂之等用活性炭吸附法治理含甲硫醇恶臭气体的研究结果表明：在实验室用IVP活性炭（IVP活性炭是用一定浓度的碱溶液浸泡过的煤质活性炭）对单一组分甲硫醇进行吸附，测得平均穿透容量为11。在某炼厂污水处理场，针对表曝池散逸废气中的主要恶臭污染物甲硫醇进行了吸附实验，测得穿透
8、吸附容量为16。4，穿透时的去除率接近100。由此可见，活性炭在生活气体的净化中还是有比较的处理效果4。23 溶剂回收许多生产部门都生产或使用各种各样的有机溶剂，这些有机物挥发在操作环境中，不但污染环境，浪费资源，而且有火灾和爆炸的潜在危险。活性炭吸附法回收有机溶剂已经得到广泛的应用。与其他方法相比，具有以下有点：（1）低浓度时回收率高；（2）回收费用低，一般不超过溶剂价格的520；（3）设备投资少，一般在一年左右即可回收成本。目前，用活性炭回收的溶剂有甲苯、二甲苯、甲醇、乙醇、乙醚、甲乙酮、丙酮、乙酸甲酯、氯乙烯、汽油等。图1为溶剂回收基本流程图2。3在水处理中的应用水体污染已经成为当今世界
9、各国普遍关注的问题。人们将各种不同材料应用于水处理研究领域，以寻求更有效的方法，提高用水和排水质量，减少污染。但近年来，随着污染物种类的增多，污染成分越来越复杂，采用常规水处理方法已不能满足要求，必须进行深度处理。一些作用单一的材料和方法已不适用。所以，来源广泛且容易再生，能反复利用的活性炭(AC)得以广泛应用，其强大的吸附能力和良好的机械强度使它不仅能直接作为优良的吸附剂应用于水处理中，而且还可以与其他材料联合应用，作为催化剂及催化剂载体。活性炭在水处理中主要用于：(1)污水源的净化。用活性炭吸附水中有机物、颜色、臭味、油、苯酚等；(2)有机工业废水处理。由于活性炭对水中的有机物具有突出的吸
10、附能力，对一些难以被生物降解的有机物更有独特的去除效果，因而被用于制革废水、造纸染料废水、焦化废水及其他有机废水的处理中。常规的处理方法不能有效地去除河水中的一些杀虫剂等物质，而活性炭则有较好的去除效果，在河水中投入10mg/L 的活性炭可以将引起臭味的土臭素(Geosmin)和2-甲基异茨酸(MIB)从66mg/L 降到2mg/L；(3)无机工业废水处理。某些活性炭对于废水中无机重金属离子具有一定的选择吸附能力。如颗粒状活性炭对于Pd2+，CrO42- 等离子的吸附去除率可达85以上。对其他金属离子如锑、铋、锡、汞、钴、铅、镍、铁等均具有良好的吸附能力；(4)饮用水及微污染水净化领域。臭氧-
11、 生物活性炭工艺以其可以高效去除水中溶解性有机物和致癌突变物、出水安全、优质而备受重视。在这种工艺中，活性炭起着生物膜的载体材料的作用，而且活性炭可以很快地把臭氧分解掉，使液体中的溶解氧量增加，稳定了微生物的生息环境，为好气性微生物的生长提供了保证。陈洪斌等对炼油厂外排污水采用悬浮载体生物接触氧化、砂滤和臭氧生物活性炭工艺深度处理，对主要污染物都有良好的去除效果5。4改性活性炭在环境污染控制中的应用及前景展望活性炭材料的吸附表面化学性能的改性是指通过一定的方法改善活性炭材料吸附表面的官能团及其周边氛围的构造，使其成为特定吸附过程中的活性点，从而可以控制其亲水疏水性能以及与金属或金属氧化物的结合
12、能力。活性炭材料表面化学组成的不同对活性炭材料的酸碱性、润湿性、吸附选择性、催化特性等产生影响。活性炭材料吸附表面化学性质的改性可以通过表面氧化改性、表面还原改性以及负载金属改性等修饰。改性后的活性炭所具有的特殊性能使它不仅能直接作为优良的吸附剂应用于水处理中，而且还可以与其他材料联合应用，作为催化剂及催化剂载体。（1）活性炭与膜连用。活性炭与膜联用能有效解决单独使用膜过滤而引起的膜阻塞和膜污染问题。利用活性炭对进水进行必要的前处理，以减少水中的有机物、无机物、微生物等在膜表面和膜内孔积累，从而极大地延长了膜的使用寿命。而膜的存在又可以克服单独使用活性炭的弱点，解决活性炭出水中细菌数偏高的问题
13、。（2）活性炭与微生物联用。在利用微生物进行水处理的体系内，无论厌氧型微生物还是好氧型微生物都可以使用活性炭作为载体与之联用，现在比较成熟的技术主要有两种：活性炭厌氧流化床和生物活性炭。厌氧流化床反应器适用于高浓度有机废水的处理。（3）吸附、催化、氧化联用。活性炭在水处理过程中不仅表现出良好的吸附作用，同时它还可以起到催化剂和催化剂载体的作用。（4）活性炭与微波联用。微波加热使活性炭进一步活化，提高吸附容量，用这种方法再生活性炭的时间短，耗能低，设备构造简单，具有很好的应用前景。（6）活性炭与电化学联用。活性炭与电化学过程联用，多数是把活性炭作为阳极的外延，先利用活性炭进行吸附，再通过电解作用
14、进行氧化降解，去除污染物质。（7）其他应用。目前，TiO2 光催化剂在脱臭、防污及超亲水性处理等实用方面的研究十分活跃。此外，活性炭还可与一些药剂联合使用，如与高锰酸钾复合药剂联用去除水中有机物，在二者相互促进作用下，对不同污染程度的原水均表现出优良的处理效果5。参考文献：1 于洪斌,丁蕴铮.活性炭在水处理中的应用方法研究与进展J.工业水处理2003,23 (8):13-152 裴伟征等.炭材料在环境保护中应用的新发展J.重庆环境科学,2003,25(7):50-573 刘伟军,马其良.SOx 污染控制技术的现状与发展J.能源研究与信息.2003,19(1):1-94 牟桂之等.活性炭吸附法治理含甲硫醇恶臭气体J.石油化工环境保护.2004,27(3):42-475 程玉良.活性炭材料的改性及其应用J.中国科技信息,2005,(19):66-67第 1 页 共 1 页
