活性炭在環(huán)境保護中的應用研究

于 濤

（長春市環(huán)境保護研究所吉林長春130000）

活性炭在環(huán)境保護中的應用研究

于 濤

（長春市環(huán)境保護研究所吉林長春130000）

在環(huán)境保護中活性炭的應用起到了一定有效作用，它是一種具有吸附功能的炭質(zhì)，在水及空氣污染中都有一定的應用效率，而且不會造成二次污染的情況，下面本文將對活性炭在水處理及空氣污染環(huán)境中的應用進行探究，具體內(nèi)容如下。

活性炭；吸附功能；環(huán)境保護；應用研究

活性炭的應用比較廣泛，最早在食品加工、藥品制作、化工原料生產(chǎn)等領域被廣泛使用，隨國家社會經(jīng)濟的不斷進步，活性炭應用的范圍越來越廣泛，現(xiàn)在在水處理及空氣污染等方面的應用也越來越多?；钚蕴渴且环N黑色的多孔固體材料，由碳為主的成分和其他灰分組成，構(gòu)造中孔隙比較多，有極強的吸附功能，屬于一種優(yōu)質(zhì)吸附劑?；钚蕴吭谒蛉軇┲芯粫l(fā)生溶合現(xiàn)象，具有較強的抗酸、抗熱、抗堿和穩(wěn)定性，因此，被廣泛應用于水處理或空氣污染等環(huán)境保護中，并呈現(xiàn)出顯著的應用效果。

1 活性炭作用機理

活性炭具有極強吸附功能的原因就是由于其屬于一種固體材料，其結(jié)構(gòu)表面有一種不飽和原子力場，可以降低其他分子的能量，將其吸附在活性炭結(jié)構(gòu)上，并促使吸附到的分子聚集。同時在活性炭生產(chǎn)時，已經(jīng)除掉了具有揮發(fā)性的有機物，所以其結(jié)構(gòu)會出現(xiàn)很多小孔隙，孔隙的形成就是晶格組成時形成的，而這些小孔隙占據(jù)整個結(jié)構(gòu)的70%～80%，孔隙的分布及形態(tài)各異，因而促使孔隙壁不斷增加，而1g活性炭的孔隙壁面積要比整體活性炭表面積多出500m2～1700m2，因此促成活性炭吸附能力的強大?；钚蕴课侥芰O強的原因除了與孔隙多及表面積大有關外，還受結(jié)構(gòu)表面的化學性質(zhì)影響。活性炭表面的化學性質(zhì)屬于非極性，其產(chǎn)生電荷作用要根據(jù)其凈化條件的不同，自身結(jié)構(gòu)會隨之產(chǎn)生不同的電極而放出正電荷，活性炭在放出電荷后，凈化環(huán)境中的分子會爭先恐后向前聚集，從而更加強了其吸附作用。在孔隙壁與表面化學結(jié)構(gòu)均能產(chǎn)生吸附作用中，孔隙壁的吸附力更強。

2 在環(huán)境保護中活性炭對水處理應用

環(huán)境保護中對水的保護和處理是非常關鍵的，在很多發(fā)達國家利用活性炭處理水的概率達40%，但我國利用活性炭處理水的概率非常低，因為利用活性炭進行水處理，其成本很高，所以在我國工業(yè)用水或城市用水等方面，其應用率會比較低。但活性炭對水的處理效率非常好，因為它具有較強的吸附功能，同時在吸附飽和后，可經(jīng)過再次處理后繼續(xù)使用，同時不會影響吸附效率，因此是一種較為有效的水處理方法。下面通過對活性炭在人們生活用水、工業(yè)用水、生活污水及工業(yè)廢水上的應用，觀察其應用效率。

2.1 活性炭對人們生活用水及上水源水的處理

在水的應用中，人們生活用水的質(zhì)量要求非常高，對其中含有的pH、毒性、生物耗氧量、臭味和大腸桿菌等的控制都有非常嚴格的規(guī)定。而將活性炭用于生活用水的凈化中，具有較高的應用效果。它可以有效的將水中的臭味、及各種雜質(zhì)利用吸附性進行去除，同時不會二次生成鎂或鈣等重金屬物質(zhì)或氯化氫等化合物，與漂白粉或氯等的凈化相比較，有較高的使用效率，無二次毒害。而且隨著人們生活水平的不斷提高，對自身健康及生活質(zhì)量標準的要求也逐步提高，傳統(tǒng)的凈化水的應用已經(jīng)不能滿足人們的要求，因此我們國家也在逐步加強活性炭凈化生活用水的利用率，但實際的應用中活性炭的成本很高，會阻礙相關部門實施的效率，因此也應加強對活性炭凈化生活用水的進一步研究，盡量降低費用，從而使人們都能用水更健康的水。

2.2 活性炭對工業(yè)用水的處理

在工業(yè)用水中，水質(zhì)的要求需根據(jù)應用差異來制定相關標準，在高純度用水上，多為醫(yī)藥行業(yè)、化學工業(yè)或電子工業(yè)等領域應用比較多。利用活性炭進行高純度水的處理，可有效去除水中的農(nóng)藥殘留、二氧化碳、膠質(zhì)、有機物或因高壓法形成的熱原和氣體等，對高純度水的處理效果非常高，從而提高了工業(yè)用水的安全性。

2.3 活性炭對城市居民生活污水的處理

對污水處理，活性炭的應用目的就是除掉污水中含有的危害物質(zhì)及異味，促使污水經(jīng)處理后能夠再次被利用，提高再利用率。污水中的有害物質(zhì)包括汞、油、苯酚等金屬物，還有COD、TOC及BOD等污染指標及臭味等。利用活性炭對污水的處理有兩個處理過程，一個叫二級處理，一個叫三級處理。二級處理是將廢水置于預處理裝置，經(jīng)化學混凝沉淀后進行砂濾，再利用活性炭吸附，之后排放。三級處理是將廢水置于預處理裝置，進行混凝沉淀或者混凝浮選，經(jīng)過生物氧化處理后，再進行砂濾，砂濾完成后進行活性炭吸附處理，之后可直接排放也可再次殺菌。

在人們生活污水的處理上，可以進行二級處理，也可進行三級處理，但一般采用三級處理，三級處理的污水其中含有的有機碳含量明顯小于5mg/L，高錳酸鹽指數(shù)可顯著低于105mg/L，具有較高的凈化率，再次使用或排放對土地等環(huán)境的影響甚微。

2.4 活性炭對工業(yè)廢水的處理

工業(yè)廢水對環(huán)境的污染非常嚴重，由于不同工業(yè)有不同的生產(chǎn)方法和排污方法，其污水中含有的雜質(zhì)、污染物、各種有害成分等也不同，造成廢水排污的參差不齊，導致污染物和有毒物質(zhì)隨水流流失對江河湖泊造成危害和污染，影響環(huán)境。而在工業(yè)廢水的處理上，利用活性炭進行水質(zhì)凈化是非常重要的，一般工業(yè)部門也采用二級處理或三級處理，其中仍以三級處理為主，經(jīng)三級處理的水質(zhì)危害物質(zhì)可明顯降低，增加了再次利用的效率。尤其對于水源短缺的城市或地區(qū)，它可以有效進行補給，而且經(jīng)活性炭處理的廢水水質(zhì)較好，無二次毒害，可全部回收利用，也可部分利用，同時能夠?qū)⑵渲械膫€別物質(zhì)提出再次使用，節(jié)約了能源。

在環(huán)境處理中對水的處理是一項非常關鍵的部分，因為水是生命之源，與人們的生產(chǎn)、生活息息相關，無論是人們生活飲用的水還是工業(yè)使用的水，都有一定的質(zhì)量標準，為確保使用的安全性，同時污水與工業(yè)廢水的處理，對人們的生產(chǎn)和生活同樣有至關重要的影響，所以要加強對水環(huán)境的處理。在采用活性炭進行水處理的應用上，起源最早的國家是芝加哥，隨著社會不斷發(fā)展，逐漸將活性炭的應用擴展到了對城市用水及工業(yè)生產(chǎn)等領域中。因為活性炭具有極強的吸附能力，同時結(jié)構(gòu)又有非常多的孔隙組成，孔隙越多吸附能力就越強，尤其在水中，活性炭可利用表面極強的吸附能力，對水內(nèi)含有的一些酚類、苯類、鉛、汞及鉻等重金屬物質(zhì)、農(nóng)藥、洗滌劑或其他化學物質(zhì)等起到顯著的吸附和去除作用，同時活性炭具有較強的穩(wěn)定性，不會發(fā)生溶解等情況，而且操作簡單方便，還不會占用較大空間，在處理水凈化或廢水時，容易操控，對不同濃度的水溶液都有較好吸附作用，而且在濃度越高的水溶液中吸附能力越強，所以是一種應用率較高的水處理物質(zhì)，同時活性炭具有飽和后再次使用的功能，對水處理后不會造成水的二次污染，因而無論是在生活用水、工業(yè)用水還是生活廢水或工業(yè)廢水的處理上，它都有較強的效果，而且不會造成廢水處理后對土地或江河湖泊等的污染。

3 在環(huán)境保護中活性炭對空氣污染處理的應用

3.1 活性炭對室內(nèi)空氣污染的防治

在人們?nèi)粘Ｉ畹木邮覂?nèi)，由于人們來回走動或腋臭等，會造成室內(nèi)空氣污染；廚房炒菜涌出的油煙也會造成室內(nèi)空氣污染；裝潢應用的粘膠或各種揮發(fā)性溶劑均對室內(nèi)造成污染；廁所內(nèi)異物的影響也會造成空氣污染，在室內(nèi)各種原因造成的空氣污染中，均含有不同程度的一氧化碳、二氧化硫、三氫化氮、硫化氫和二氧化碳等危害物質(zhì)，對人們健康會造成危害。因此應在燃氣灶部位放置活性炭，利用其吸附功能對有害氣體進行吸附；同時還可以利用活性炭制作成的各種炭制品，放于室內(nèi)角落或電器附近，讓其吸附污染物，從而使室內(nèi)空氣盡量減少污染。

3.2 活性炭對煙氣脫硫的處理

空氣污染的防治已經(jīng)成為了一項各國都非常重視和正在處理的問題，在我國，燃煤和石油的利用會增加空氣中硫的含量，導致空氣污染。硫在空氣中流動會造成天氣的變化，近幾年來，有很多地方發(fā)生硫酸雨，造成土地和空氣被硫酸破壞，因此要加強對硫酸的處理。方法有很多，一種就是人們生產(chǎn)生活中不要利用硫能源或進一步減少硫使用；或者利用石灰乳進行硫化物中和，形成亞石膏，再將亞石膏置于水泥中利用，這樣會造成硫能力的大量損失；或者利用高壓電場法進行硫化物的化學作用，促使其形成肥料和稀硫酸等物質(zhì)，但其中形成的一種硫化氫物質(zhì)，在處理上非常棘手，效果也不明顯；再有一種方法就是進行活性炭脫硫?；钚蕴棵摿蚓哂泻芎玫膬艋諝庾饔?，將氧氣和二氧化硫同時置于100℃高溫下，通過化學作用，可形成三氧化硫，將其置于水蒸氣狀態(tài)，利用活性炭的極強吸附能力對三氧化硫進行吸附，之后再利用氨水洗、水蒸氣加熱或水洗等方法，將硫集體收集，通過生產(chǎn)再次應用，這樣不僅達到脫硫目的，還可以節(jié)省能源利用。實際操作中也存在問題，就是活性炭的應用量比較大，需要高昂的費用支撐，造成一定經(jīng)濟負擔，但活性炭脫硫?qū)煔庵械牧蚧锶コ志哂休^高效率，所以應該加強對此方法的探究，研制出一種既節(jié)省費用又可以進行有效除硫的方法。

3.3 活性炭對汽車尾氣污染的防治

現(xiàn)在影響城市空氣環(huán)境質(zhì)量的一個重大污染因素就是汽車尾氣，社會在不斷發(fā)展，人們經(jīng)濟利益也在隨之不斷改善，汽車的應用率逐年增加，從而造成對城市空氣環(huán)境的污染。具有關學者研究報道，影響我國城市空氣污染的汽車尾氣污染占60%～70%，在汽車尾氣污染中汽車燃油造成的污染占30%～40%，說明汽車尾氣排出的碳氫化合物或燃油揮發(fā)是造成城市污染的主要因素，它們被紫外線照射會形成繚繞的煙霧，導致城市彌漫在煙霧中。燃油的揮發(fā)不僅是一種能源浪費，對司機造成健康危害，對廣大人民的健康同樣會造成危害，這些煙霧中含有各類危害因子，如甲苯、烯類、二異氰酸甲苯脂、醛類或酮類等等，人們長期在這種環(huán)境下生活，會造成眼部、皮膚或氣管等損傷，使人們出現(xiàn)咳嗽、頭暈、眼脹等癥狀，重癥者會造成血液疾病，嚴重威脅人們的健康。在很早以前歐美等國家已經(jīng)開始應用活性炭對燃油揮發(fā)進行處理，利用它的高強度吸附能力來附著危害微粒，減少尾氣污染，從而使空氣變得清新怡人。我國也逐步將活性炭試用于汽車尾氣污染中，取得了一定效果，同時還加強了對活性炭在空氣污染中應用的研究和探索。

4 活性炭應用展望

活性炭在環(huán)境保護中的應用效率，無論是發(fā)達國家還是發(fā)展中國家，目前均已經(jīng)認識到其使用的重要性，并根據(jù)活性炭使用的機制及特性，加強了對活性炭深入研究和開發(fā)的重視。同時也有學者預測了活性炭未來應用的效率，在像中國等發(fā)展中國家，活性炭的利用率應增加超過10%的利用率；像歐美發(fā)達國家將增加4%的利用率；而世界整體利用水平將增加12×104t。因為活性炭其飽和后可再次利用，不影響效率，基于其獨特的性能，研究者們將進一步提高對其再生的創(chuàng)造，比如溶劑再生利用、電化學再生利用等，擴大其應用范圍，使其更具有應用效率。而且在水處理的應用中，隨著社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展和進步，人們生活水平和方式的不斷改變和提高，研究者們將進一步加強活性炭對水環(huán)境處理利用的深入探索，進一步加深和提高活性炭高質(zhì)量的應用效率。

5 結(jié)語

通過本文的研究，我們對活性炭的性質(zhì)及應用機理進行了分析和了解，同時通過對活性炭在水處理及空氣污染處理中的應用進行了分析，深刻了解活性炭對水凈化與廢水處理的應用效果，它不僅具有較強的凈化處理作用，而且沒有二次危害，加強了人們用水的安全性，也大大提高了廢水的再次利用率；在空氣污染中，活性炭利用其吸附作用對室內(nèi)空氣污染、煙氣脫硫及汽車尾氣等進行作用，提高了人們生活空氣環(huán)境的潔凈度，較大程度上改善了人們的居住環(huán)境，有效減少了疾病的發(fā)生率?？傊?，隨著國家的不斷強大，社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展，在利用活性炭治理環(huán)境的決策上，一定會加大研究及實施力度，進一步提高活性炭對環(huán)境保護的應用率。

[1]戴芳天.活性炭在環(huán)境保護方面的應用[J].東北林業(yè)大學學報, 2003(02).

[2]馬群穎.活性炭在環(huán)境保護過程中的應用研究[J].硅谷,2013(06).

[3]王愛平,劉中華.活性炭水處理技術及在中國的應用前景[J].昆明理工大學學報:理工版,2002(06).

[4]安麗,顧國維,陳祖奇.活性炭纖維及其在環(huán)境保護領域中的應用[J].四川環(huán)境,2000(01).

[5]吳軍良,尹華強,劉勇軍,楚英豪,鄒長武.活性炭纖維在環(huán)境保護中的應用及前景[J].環(huán)境污染治理技術與設備,2001(04).

[6]耿虹,仲兆平.活性炭纖維(ACF)在環(huán)境保護中的應用[J].能源研究與利用,2003(05).

[7]滕云超.活性炭纖維及其在環(huán)保中的應用[J].森林工程,2001 (04).

[8]王淑芹.活性炭在環(huán)境保護方面的應用[J].神州,2012(25).

[9]陸建蘭,張瑩.活性炭纖維及其在環(huán)境保護中的應用[J].農(nóng)技服務,2009(11).

[10]郭瑞霞,李寶華.活性炭在水處理應用中的研究進展[J].炭素技術,2006(01).

[11]張春山,邵曼君.活性炭材料改性及其在環(huán)境治理中的應用[J].過程工程學報,2005(02).

[12]蔡來勝,劉春雁,劉剛.活性炭纖維及其在空氣凈化機中的應用[J].污染防治技術,2003(03).

[13]唐曉慧.活性炭在防治大氣污染方面的應用研究與展望[J].科技傳播,2014(19).

[14]江霞,蔣文舉,金燕,張振鵬.改性活性炭在環(huán)境保護中的應用[J].環(huán)境科學與技術,2003(05).

[15]于洪斌,丁蘊錚.活性炭在水處理中的應用方法研究與進展[J].工業(yè)水處理,2003(08).