活性炭在大氣污染防治中的應(yīng)用

摘 要：隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，人類的生產(chǎn)活動(dòng)和生活活動(dòng)越來越頻繁。人類生產(chǎn)與生活的各個(gè)領(lǐng)域?qū)Υ髿赓|(zhì)量影響的越來越大。大氣污染已經(jīng)成為二十一世紀(jì)人類共同面臨的環(huán)境問題。大氣污染影響了人類生存質(zhì)量，同時(shí)也給人類的工作和生活帶來了很多影響。因此，大氣污染的防治工作是當(dāng)今社會(huì)發(fā)展中環(huán)境治理內(nèi)容?；钚蕴孔陨頁碛辛己玫奈焦δ埽⒃诖髿馕廴痉乐沃斜粡V泛應(yīng)用，它能夠?qū)諝庵杏泻︻w粒進(jìn)行吸附，起到凈化空氣的作用。

關(guān)鍵詞：活性炭；屬性；性能大；氣污染防治；應(yīng)用

1 活性炭的結(jié)構(gòu)和性能研究

活性炭是一種碳類，是一種新型高效纖維吸附材料，其是墨色的無定形碳素物質(zhì)。活性碳分子互相重疊，并且其羅列結(jié)構(gòu)呈三角形，具有很強(qiáng)的穩(wěn)定性?；钚蕴渴欠蔷w物質(zhì)，對(duì)大氣污染物具有極強(qiáng)的吸附作用?；钚蕴际鞘⒕?，活性炭?jī)?nèi)部的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，但其微孔結(jié)構(gòu)比較發(fā)達(dá)，碳分子之間有可以讓其他分子通過的細(xì)孔，活性碳的直徑比較小，所以增加了其對(duì)其他物質(zhì)的吸附面積，吸附力較強(qiáng)，自潔能力很強(qiáng)，可以重復(fù)使用。同時(shí)活性碳并不容易讓所吸附的污染物擴(kuò)散，保證其自身的吸附效果?；钚蕴家话銓?duì)SO2、NOX、CO、H2S、VOCS等氣體的吸附功能較強(qiáng)，另外對(duì)NH3、有機(jī)廢氣和氙氣的吸附能力也很強(qiáng)?；钚蕴嫉奈椒譃槲锢砦胶突瘜W(xué)吸附，活性碳的物理吸附功能是指，活性碳的物理吸附是指活性碳可以吸附空氣中的粉塵和其他顆粒，達(dá)到凈化空氣的作用。而化學(xué)吸附是指活性碳吸附空氣中的二氧化硫等化學(xué)污染物質(zhì)，從而產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，降低空氣中二氧化硫等物質(zhì)的含量，穩(wěn)定空氣中的PH值。在現(xiàn)代的工業(yè)生產(chǎn)的廢氣中，主要成分是：SO2、NOX。這兩種污染物質(zhì)對(duì)大氣和人體的危害極大，以下筆者從兩個(gè)方面來闡述活性碳的化學(xué)吸附功能。從總體來講，活性碳的主要化學(xué)吸附功能分為活性碳脫硫功能以及活性碳脫硝功能。（1）活性碳的脫硫功能?；钚蕴济摿蚬δ艿脑硎牵嚎諝庵械亩趸虮换钚蕴嘉皆诒砻?，在氧化的作用下，SO2被氧化成SO3，并且在被活性碳所吸收的水分的作用下，生成了硫酸，從而消除了空氣中的二氧化硫的含量?；钚蕴甲鳛槊摿騽┛梢匝h(huán)使用，日本是最早把活性碳作為重復(fù)利用的脫硫催化劑進(jìn)行使用的國家，并且相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，活性碳在適當(dāng)溫度和濕潤的環(huán)境下能夠充分的與SO2進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，脫硫的效果更好。在現(xiàn)代工廠中，把排放的帶SO2的工業(yè)廢氣通過炭床，達(dá)到廢氣脫硫的效果，將反應(yīng)后的產(chǎn)物硫磺保存下來投入其他的生產(chǎn)?；钚蕴济摿虻募夹g(shù)起步在我國比較晚，如果對(duì)活性碳進(jìn)行酸堿成分的改良，消減可溶性物質(zhì)的含量，提高活性碳的吸附面積，同時(shí)可以利用金屬與SO2間較強(qiáng)的結(jié)合力來提高吸附性能。（2）活性碳的脫硝功能。活性碳的脫硝功能的原理是：活性碳脫硝的過程是一種催化氧化的過程，具體來說活性碳吸附廢氣中的NO，在有氧的狀態(tài)下，NO被氧化成NO2，同時(shí)在遇到活性碳的吸附面時(shí)，也會(huì)容易被氧化，并且在吸附表面水分充足或者空氣中水分充足的條件下，由于NO2易溶與水，并且在活性碳吸附NO后在負(fù)載金屬的催化中，NO中的N轉(zhuǎn)化成N2，并且在水分子作用下，NO2會(huì)與水產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生HNO3，這樣就通過活性碳改變NO有毒性質(zhì)，降低了空氣中的NO含量，達(dá)到凈化空氣的效果。在實(shí)際的氧化過程中，活性碳作為一種催化劑，其上面的微孔促進(jìn)了NO與氧氣的化學(xué)反應(yīng)?；钚蕴嫉拿撓豕δ軕?yīng)用相對(duì)較晚，但是幾年來很多研究在如何增強(qiáng)活性碳的脫硝效率方面都取得了不小的進(jìn)步，通過觀察，活性碳的微孔無論對(duì)脫硫或者脫硝都有的重要的意義，所以在活性碳的酸堿性上做了些改動(dòng)并已經(jīng)收獲了成效。但是目前，工廠對(duì)SO2和NOX的處理是單獨(dú)分開的，相信在不久的將來這種情況會(huì)有更好的改觀。（3）另外，活性碳對(duì)于其他氣體污染物的吸附效果也很顯著。活性碳的吸附作用和催化作用都十分明顯，所以，對(duì)吸附CO、H2S還有易揮發(fā)的VOC、甲醛、苯、苯乙烯都有很顯著的效果。并且研究發(fā)現(xiàn)，通過對(duì)活性碳性質(zhì)的改良以及改變其金屬負(fù)載可以有效的提高其吸附的功能和催化功能，并且其可以作為光催化劑吸附低濃度的污染物，提高催化反應(yīng)的效率，并且能夠延長(zhǎng)活性碳的使用壽命。

2 活性碳在大氣污染治理中的優(yōu)勢(shì)和應(yīng)用

活性碳是一種天然的吸附劑，其體積小，吸附能力卻很強(qiáng)，由于碳粒中的結(jié)構(gòu)非常緊湊，所以活性碳的結(jié)構(gòu)比較穩(wěn)定而且凈化能力很強(qiáng)。其吸附的大氣污染物種類很多?；钚蕴嫉拇呋瘎┕δ芤脖容^顯著，活性碳和載持物之間有大量的絡(luò)合物，絡(luò)合物使得催化劑活性得到很大的提升。同時(shí)活性碳有很發(fā)達(dá)的微孔結(jié)構(gòu)，內(nèi)表面積有很好的吸熱和耐熱性。活性碳的機(jī)械性也很優(yōu)良，具有很強(qiáng)的抗摩擦性能和韌性?；钚蕴嫉幕瘜W(xué)吸附性能也很強(qiáng)，它能與很多化學(xué)元素反應(yīng)，產(chǎn)生氧化反應(yīng)，從而把有毒的化學(xué)氣體如SO2、NO等轉(zhuǎn)化為硫酸和HNO3等對(duì)大氣沒有影響的氣體。經(jīng)過及時(shí)年代的開發(fā)與研究，科學(xué)家在很多領(lǐng)域已經(jīng)研制出高性能的活性碳纖維，日本是活性碳纖維生產(chǎn)和研制都比較領(lǐng)先的國家，活性碳的生產(chǎn)原料是黏膠纖維，瀝青纖維等天然纖維。為了提高活性碳的吸附性能，可以對(duì)活性碳進(jìn)行改性，通過對(duì)活性碳的性質(zhì)改良，對(duì)活性碳表面進(jìn)行改進(jìn)，在活性碳表面增加含氧官能團(tuán)能夠增強(qiáng)活性碳表面的活性，從而增強(qiáng)活性碳對(duì)NOX和SO2的吸附能力。

活性碳在大氣污染防治方面的應(yīng)用非常廣泛，近年來因?yàn)槊禾績(jī)r(jià)格的上漲，很多制備活性碳的廠家開始利用廢料來合成活性碳，比如植物的外殼、秸稈、石油殘料、廢舊塑料和廢舊輪胎等，中國農(nóng)業(yè)作物生產(chǎn)面積較大，農(nóng)作物脫粒之后剩下的稻殼是極好的制作活性碳的原材料，利用谷物廢料制作活性碳可以減少對(duì)谷物外殼的浪費(fèi)，實(shí)現(xiàn)廢物的資源化利用，同時(shí)具有較大的經(jīng)濟(jì)利益和社會(huì)效益。活性碳在防治大氣主要污染物方面的應(yīng)用范圍比較廣泛，其空隙發(fā)達(dá)，化學(xué)穩(wěn)定性好而且價(jià)格低廉，是大氣污染防治的首選。但是，在現(xiàn)階段實(shí)際的應(yīng)用中，活性碳自身在性能方面也存在著一些缺點(diǎn)，由于技術(shù)發(fā)展水平的約束，通過廢物制成的活性碳的吸附凈化功能不是很好，并且價(jià)格很高，同時(shí)在其活性碳再生方面存在很多問題?；钚蕴祭w維對(duì)于脫硫與脫硝以及其他污染氣體的吸附功能尚未得到有效的論證，所以并未得到廣泛的應(yīng)用。國內(nèi)的活性碳生產(chǎn)效益很差，未能實(shí)現(xiàn)集約化生產(chǎn)，生產(chǎn)技術(shù)和生產(chǎn)水平較低，行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)壓力大導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量水平較低。因此，對(duì)于活性碳性能和生產(chǎn)的改進(jìn)可以從以下兩個(gè)方面考慮：（1）技術(shù)層面?；钚蕴忌a(chǎn)企業(yè)應(yīng)當(dāng)提高生產(chǎn)活性碳的技術(shù)工藝，根據(jù)不同行業(yè)的要求，適當(dāng)改造活性碳的物理結(jié)構(gòu)，使其滿足一些特殊的需求。同時(shí)注重對(duì)活性碳化學(xué)吸附機(jī)理和性能的研究，增強(qiáng)活性碳的吸附以及氧化能力。（2）生產(chǎn)層面。企業(yè)應(yīng)當(dāng)注重對(duì)廢棄原料種類的選擇，加大對(duì)廢料合成活性碳技術(shù)的研究，降低生產(chǎn)的主要成本。用活性碳進(jìn)行金屬負(fù)載時(shí)，同時(shí)盡量用普通金屬來代貴重金屬。注重對(duì)活性碳的再生加工，增加活性碳使用壽命，提高利用率。

3 結(jié)束語

大氣污染防治是關(guān)系到社會(huì)健康發(fā)展的重要因素，大氣環(huán)境對(duì)人類的生存至關(guān)重要。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)和工業(yè)化水平的不斷提高，在重視經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時(shí)更要注重環(huán)境保護(hù)工作。這給活性碳的生產(chǎn)與研究提出了新的要求，活性碳的生產(chǎn)也要重視社會(huì)效益，在活性碳的生產(chǎn)過程中充分的利用廢棄的資源進(jìn)行重組與合成，減少資源的浪費(fèi)，提高資源的回收利用率，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益的雙豐收。

參考文獻(xiàn)

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