活性炭改性方法及其在水處理中的應(yīng)用

儲(chǔ)偉（宜興市排水有限公司 214200）

前言

活性炭是一種吸附性很強(qiáng)的環(huán)境友好型吸附劑，有很好的吸附性能和催化性能?；钚蕴康脑蟻?lái)源廣泛并且具有很高的安全性和穩(wěn)定性，具有耐酸堿、耐熱、易再生等特點(diǎn)。實(shí)踐表明，活性炭對(duì)水中溶解的有機(jī)溶劑有很好的吸附性能，對(duì)水質(zhì)渾濁有明顯的澄清作用，并且能夠去除水中的異味、臭味等，還能夠過(guò)濾水中的微生物，因此在水處理行業(yè)中有著非常廣泛的應(yīng)用。本文就活性炭的改性方法和其在水處理方面的應(yīng)用進(jìn)行了簡(jiǎn)述，旨在為活性炭及其改性產(chǎn)物在水處理行業(yè)中的應(yīng)用提供一定參考。

一、活性炭的改性方法

1.表面氧化改性

表面氧化改性是通過(guò)氧化劑對(duì)活性炭進(jìn)行處理，從而使活性炭表面的官能團(tuán)發(fā)生氧化，提高含氧的官能團(tuán)（羧基、酚羥基、酯基等）數(shù)量，增強(qiáng)活性炭的親水性能，即極性，增強(qiáng)對(duì)極性物質(zhì)的吸附能力的改性方法，常用的氧化劑主要是雙氧水、硝酸、臭氧、高氯酸等。其中硝酸的氧化性最強(qiáng)，能夠產(chǎn)生許多的酸性基團(tuán)，其他氧化劑則相對(duì)溫和，可以用于調(diào)整活性炭的表面酸性。氧化改性后的活性炭材料表面幾何形狀更加均勻，并且使用不同的氧化劑能夠得到韓陽(yáng)官能團(tuán)數(shù)量和極性不同的活性炭材料，其中，酸性含氧官能團(tuán)含量的多少與氧化程度有很大的關(guān)系。

2.表面還原改性

表面還原改性是通過(guò)還原劑對(duì)活性炭表面官能團(tuán)進(jìn)行還原改性，從而增加活性炭表面含氧堿基基團(tuán)及羥基官能團(tuán)的含量，從而增強(qiáng)其表面極性，提高活性炭對(duì)非極性物質(zhì)的吸附能力。常用的還原劑有氫氣、氮?dú)夂蜌溲趸c、氫氧化鉀、氨水等。高尚愚等利用氫氣作為還原劑對(duì)活性炭材料進(jìn)行了表面還原改性，結(jié)果表明改性后的活性炭材料孔隙性能沒(méi)有明顯的變化，但是其表面的含氧官能團(tuán)數(shù)目明顯降低，從而提高了活性炭材料對(duì)苯酚等有機(jī)污染物的吸附能力。

3.負(fù)載金屬改性

表面負(fù)載改性是通過(guò)一些可溶性鹽溶解中的金屬離子負(fù)載到活性炭材料表面，在高溫條件下與周圍的碳原子發(fā)生氧化還原反應(yīng)，從而使周圍出現(xiàn)碳缺失，從而達(dá)到擴(kuò)孔目的。另外，金屬離子本身也對(duì)某種特定物質(zhì)有良好的吸附能力。We n-mi n g等利用硝酸鐵和硫酸鐵對(duì)活性炭進(jìn)行負(fù)載改性，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在高溫條件下，金屬鹽通過(guò)分解釋放的NOx、SOx與活性炭的孔道能夠發(fā)生一定的化學(xué)反應(yīng)，從而增大了活性炭材料的孔徑。同時(shí)，金屬鹽在高溫條件下被活性炭還原，擴(kuò)大了孔徑。

4.其他改性方法

除了以上提到的幾種常見(jiàn)改性方法之外，在活性炭改性領(lǐng)域，許多學(xué)者還開(kāi)發(fā)了酸堿改性、微波改性、等離子改性、電化學(xué)改性等多種方法。

二、改性活性炭在水處理中的應(yīng)用

1.有機(jī)物的去除

Maruyama等通過(guò)試驗(yàn)證明載有鉑的各種活性炭材料在氧化還原過(guò)程中能夠達(dá)到提高有機(jī)酸吸附作用的效果。李晶等也研究了活性炭改性材料對(duì)苯的吸附效果，同時(shí)對(duì)改性后脫附活化能的改變進(jìn)行了研究。潘紅艷等通過(guò)試驗(yàn)研究了活性炭改性材料對(duì)苯酚的吸附效果。另外，不同的改性方法得到的活性炭材料的吸附性能也不盡相同。姚麗群等先將活性炭材料進(jìn)行氧化改性，之后再進(jìn)行負(fù)載改性，并通過(guò)其對(duì)有機(jī)硫化物的吸附情況進(jìn)行了深入研究，結(jié)果表明該改性方法能夠使活性炭表面化學(xué)性質(zhì)發(fā)展很大改變，并且不同的負(fù)載金屬對(duì)不同有機(jī)硫化物有不同的吸附效果。

2.去除水中重金屬和重金屬離子

改性活性炭對(duì)去除水中重金屬和重金屬離子有很好的效果。通過(guò)對(duì)活性炭材料進(jìn)行改性，引進(jìn)對(duì)吸附重金屬離子有重要作用的羧基、羥基、氨基等活性基團(tuán)，能夠有效的提高活性炭材料對(duì)金屬離子的吸附性能。范延臻等對(duì)改性活性炭表面特性及其對(duì)金屬離子的吸附性能進(jìn)行了深入研究，該實(shí)驗(yàn)以硝酸為氧化劑，在高溫條件下回流1h對(duì)煤質(zhì)活性炭進(jìn)行了氧化改性，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該方法能夠明顯提高活性炭對(duì)水中鉛離子的吸附量，其吸附能力提高了105倍。Monser等人利用四丁基銨和二乙基二硫代氨基甲酸鈉對(duì)活性炭材料進(jìn)行了負(fù)載改性，并且對(duì)改性后的活性炭對(duì)電鍍廢水中銅、鉻、鋅的去除效果進(jìn)行了研究，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明改性后活性炭材料吸附性格提高，能夠有效的去除電鍍廢水中的重金屬離子。

3.去除其他物質(zhì)

氧化處理的活性炭在高溫條件下煅燒后對(duì)陰離子有很強(qiáng)的吸附交換能力；經(jīng)氫氧化鈉改性后的活性炭對(duì)河水中的殺蟲(chóng)劑等物質(zhì)有很好的去除效果；負(fù)載納米二氧化鈦的活性炭材料具有很好的光催化性能，能有效的降低廢水中的甲基橙含量。

結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)表面氧化、表面還原、負(fù)載等改性方法對(duì)活性炭材料進(jìn)行改性，改變其表面化學(xué)性質(zhì)，能夠顯著提高其吸附效率，改善其吸附選擇性及其催化性能。目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)活性炭改性的研究越來(lái)越火熱，都在努力尋找開(kāi)發(fā)改性活性炭新產(chǎn)品，使其在水處理過(guò)程中發(fā)揮更大的作用。

[1]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)，2006,34(6):749-752.

[2]朱川二次改性活性碳材料的制備及其性能研究[J].水科學(xué)與工程技術(shù)，2009,(5),55-58

[3]張建策等.表面改性對(duì)活性炭吸附重金屬性能的影響[J].化工時(shí)刊，2005,19(12):28-29.