活性炭改性方法及其在水處理中的應用

馬俊麗

天津市河東區環境保護監測站，天津 300000

活性炭改性方法及其在水處理中的應用

馬俊麗

天津市河東區環境保護監測站，天津 300000

活性炭屬于典型的環境友好型吸附劑，但是由于普通活性炭也存在著一定的問題導致其去除吸附污染物的能力極為有限，很難滿足水處理的需要，由此可見，務必要對活性炭的性質、結構進行改性，以此來提高水處理效率，增大吸附能力。本文首先分析了活性炭改性方法，其次，深入探討了改性活性炭在水處理中的應用，其中包括去除水中有機物、去除水中重金屬及重金屬離子，具有一定的參考價值。

活性炭；改性方法；水處理；應用

1 引言

活性炭具有易再生、安全性高、供應量充足，不溶于有機溶劑、水，耐熱、耐酸堿，催化性、吸附性較強的特點，屬于典型的環境友好型吸附劑。與此同時，活性炭還能夠吸附冶煉工業廢水、電鍍廢水中的重金屬，能夠去除水體中的異味、異臭，澄清水質，過濾水體中的細菌，正由于活性炭的優點較為明顯，故備受重視。但是由于普通活性炭也存在著一定的問題，諸如吸附選擇性能差、灰分高、比表面積小、微孔分布過寬、孔容小等，再加上電化學性質、表面官能團的制約，導致其去除吸附污染物的能力極為有限，很難滿足水處理的需要，由此可見，務必要對活性炭的性質、結構進行改性，以此來提高水處理效率，增大吸附能力。本文就活性炭改性方法及其在水處理中的應用進行探討。

2 活性炭改性方法

2．1 表面物理結構特性改性

活性炭的物理吸附能力是由其表面物理結構特性（孔徑分布、微孔結構、微孔體積、比表面積等）所決定，當吸附質分子直徑＜活性炭孔直徑，活性炭表面孔內就會有吸附質分子進入，以此來達到去除、吸附的目的。活性炭的表面物理結構特性改性是指基于化學方法或者物理方法，在制備活性炭材料的過程中，通過對活性炭的孔隙分布、孔隙結構進行調整，或者將其比表面積增大的方式來改變其吸附表面結構，進而對其物理吸附性能予以改變。

2．2 表面化學性質的改性

2.2.1 表面氧化改性

表面氧化改性是指在適當的溫度、適宜的氧化劑的情況下，氧化處理活性炭材料表面的官能團，讓其表面的酯基、酚羥基、羧基等含氧官能團含量提高，以便增強活性炭材料吸附極性物質的能力及親水性，進而達到廢水治理、吸附回收的處理效果。H2SO4、HClO3、H2O2、O2、HNO3都是生產中較為常見的氧化劑，其中，氧化效果最強的是HNO3，HNO3能夠生成大量的酸性基團，可對活性炭的表面酸性進行有效調整；活性炭的表面幾何形狀在氧化改性后會變得較為均一。與此同時，所形成的含氧官能團數量、種類會隨著氧化劑的不同而不同，活性炭的孔隙結構也會在氧化處理之后出現較大的變化，會導致孔隙變寬、容積降低、比表面積降低。經過高溫處理之后，出現在活性炭表面的酸性基團會被去除掉。

2.2.2 表面還原改性

表面還原改性是指對活性炭表面官能團進行還原改性，以此來增強表面非極性，增加活性炭表面的輕基官能團、含氧堿性基團含量，進而提高活性炭吸附非極性物質的性能。氨水、H2、KOH、NaOH、N2等都是較為常見的用于表面還原改性的還原劑。

2.2.3 負載物質改性

負載物質改性物質主要包括負載金屬化合物、負載金屬離子等。負載金屬改性的工作原理為：由于活性炭對金屬離子具有較強的吸附性和還原性，可先在活性炭表面吸附金屬離子，再將其還原成低價態離子或單質離子；與此同時，利用被吸附物與金屬或者金屬離子之間的較強結合力，來大幅度提高活性炭吸附性能。銀離子、鐵離子、銅離子等均為常見的負載物質改性金屬離子。而 負載化合物或雜原子改性則主要是將特定的化合物和雜原子引入到活性炭表面進行液相沉積，利用吸附質與它們之間的結合力來讓活性炭的吸附性能得以提高。FeCl3溶液、FeSO4溶液、Cu(NO3)2溶液、Na2CO3溶液、CuCl2溶液等均為常用的浸漬液。

2.2.4 低溫等離子體改性

低溫等離子技術既可對活性炭的界面物性進行有效控制，又可對其表面化學性質進行改變，優勢較為明顯。低溫等離子體改性技術對活性炭進行改性，通常都是利用CF4等離子體、氧氮等離子體，將含氟官能團、含氮官能團、含氧官能團引入到活性炭表面，或者利用微波放電、輝光放電、電暈放電等方法來生成等離

▲▲子體，以便能夠將活性炭的表面能予以提高。

2.2.5 酸堿改性

酸堿改性是指對活性炭利用堿物質、酸物質來予以處理，以便改變活性炭表面發官能團，并且還可對官能團數量進行適當地調整，以便獲得質量較佳的專用活性炭。氨水、NaOH、H2O2、檸檬酸、HNO3、HCl、HClO等均為常用的酸堿改性劑。

3 改性活性炭在水處理中的應用

3．1 去除水中有機物

有學者研究結果表明：在氧化還原過程中，帶有鉑元素的活性炭能夠讓有機酸的吸附作用大大增加；有學者對活性炭用多種浸漬液來改性，研究結果表明：活性炭的脫附活化能被浸漬液有效地改變，并且對吸附效果也造成了一定的影響。有學者研究結果表明：活性炭表面的化學性質在負載金屬法和化學氧化法的作用下都會出現較大的變化，吸附效果較佳。

3．2 去除水中重金屬及重金屬離子

改性活性炭既可對水體中的無機污染物（如重金屬離子等）予以去除，又可對水體中的有機物予以去除（吸附作用機理）。通常而言，若引入氨基、羥基和羧基官能團到粉末活性炭的表面，那么所得的吸附材料性能更佳，能夠更好地對污水中的重金屬離子進行吸附。有學者對改性活性炭的吸附性能進行了實驗研究，將活性炭與HNO3溶液（溶液濃度為13.2 mol.L-1）以4:1的比例來進行混合，回流1h（回流溫度為100℃）之后，改變煤質活性炭的性質，研究結果表面：這種方法能夠將活性炭對于Pb2+離子的吸附量明顯提高，改性前后的飽和吸附量相差巨大，可以達到105倍。

有學者在沸騰溫度下，將活性炭與HNO3溶液（溶液濃度為13.2 mol.L-1）以1:1的比例來進行混合、氧化改性，然后再進行加熱處理（加熱溫度為300-400℃），得出改性活性炭，這種改性活性炭的離子交換能力較強、陽離子交換容量較高，尤其是能夠很好地吸附交換Cr(Ⅲ)。有學者對活性炭用二乙基二硫代氨基甲酸鈉和四丁基銨來進行化合物改性、負載原子改性，以便能夠將電鍍廢水中的鋅元素、鉻元素、銅元素等全部去掉。吸附氣體類無機物的活性炭常采用負載原子和化合物法或微波進行改性。

4 結語

總之，改性活性炭能夠較好地吸附水體中的石油產品、酚類化合物、苯類化合物等有機污染物，而且還能夠有效地去除掉人工有機化合物、合成染料、亞甲基藍表面活性物質、殺蟲劑、除草劑等其他方法難以去除的有機污染物，值得推廣應用。

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