新型材料碳纖維在水處理應用中的研究

周揚 周存彥（河南省新鄉(xiāng)市特種設備協(xié)會，河南 新鄉(xiāng) 453000）

新型材料碳纖維在水處理應用中的研究

周揚 周存彥（河南省新鄉(xiāng)市特種設備協(xié)會，河南 新鄉(xiāng) 453000）

近年來，水污染的問題越來越嚴重，水處理工作刻不容緩。碳纖維是一種吸附性較強的材料，將其應用到污水治理中具有較好的效果。本文對于碳纖維的性能進行分析，并探討新型材料碳纖維在不同類型水體的處理效果。

碳纖維；水處理；新型材料

隨著湖泊富營養(yǎng)化程度的不斷加深，污染水的治理難度也日益增加，對于水處理工藝提出了更大的要求。尤其是低污染水，由于水質(zhì)極不穩(wěn)定，且具有水量大、污染度濃度較低等特點，傳統(tǒng)的水處理方法已經(jīng)無法較好地對其進行處理，因此，需要尋找更加高效的治理方法。碳纖維材料作為一種新型材料，憑借其較高的吸附力與親和力，在水處理的應用中取得顯著成效。

1 碳纖維的性能及對于水處理的意義

碳纖維是一種含碳量超過95%的新型纖維材料，具有高模量、高強度的特點，并且還有耐高溫（能在2000℃的環(huán)境下使用）、抗化學腐蝕（不受有機溶劑、強酸、強堿的腐蝕）、高熱導率等特點，其摩擦系數(shù)、熱膨脹系數(shù)均較小。同時，碳纖維還具有較好的吸附和催化性能。因此，碳纖維在應用于水處理時，能夠有效吸附污水中的氮物質(zhì)、重金屬以及其他的大分子物質(zhì)，并且能夠有效促進水中活性污泥的形成，降解污水中的有機物，從而達到凈化水質(zhì)的效果。碳纖維能夠有效解決傳統(tǒng)水處理工藝中難以解決的問題，在水處理工作中取得顯著的成效。

2 碳纖維在水處理中的應用

2.1 在飲凈化用水中的應用

飲用水的凈化主要是通過吸附水中的大分子物質(zhì)，降低水的濃度以及毒害性等。這些物質(zhì)不但會影響飲用水的純凈度，并且還會危害人類的健康。傳統(tǒng)的水處理工藝采用粗?；钚蕴紒韺︼嬘盟M行處理，該處理方式對于飲用水的凈化效果并不佳，對于水分中一些有機物的去除效果并不理想[1]。碳纖維的孔面積以及比表面積較大，具有很強的吸附能力，能夠有效去除水中的大分子物質(zhì)。同時，碳纖維材料表面附有含氧官能團、羥基、羧基等物質(zhì)，能夠有效吸附水中的二氯乙酸、三氯乙酸以及鹵乙酸等有機物，從而降低水體的污染程度。相關研究表明，碳纖維對于有機物的吸附能力遠遠超出粗?；钚蕴?。碳纖維的比表面積越大，其對于鹵乙酸等有機物的吸附能力就越大。

2.2 在處理工業(yè)廢水中的應用

工業(yè)廢水的處理主要是對于水中的有機染料、重金屬等進行吸附處理。目前為止，碳纖維在處理工業(yè)廢水的應用已經(jīng)涉及化工、制藥、印染以及造紙等方面，并且對于焦化廢水也有較好的吸附作用[2]。碳纖維在對于印染廢水的凈化過程中，主要通過物理吸附的方式，其對于有機染料的吸附能力與物理環(huán)境有很大的關系，因此，選擇合適的溫度對于提升吸附能力具有非常大的作用。而在造紙廢水的處理中，其吸附能力則會受到污染物濃度的影響，當污染物（COD）的濃度在1000mg/L左右時，其吸附能力最高。對于不同的材料，適用的溫度也不同。例如，在對于有機染料的吸附過程中，溫度升高時，其吸附能力也會升高；在對于苯酚的吸附過程中，其吸附能力會隨著溫度的升高而降低[3]。除此之外，碳纖維對于重金屬也有一定的吸附效果，相關研究指出，采用聚丙烯腈基碳纖維能夠較好地吸附水中的銅離子和鉛離子，不但能夠達到凈化水分的效果，還能將重金屬進行回收?？傊祭w維在工業(yè)廢水處理中具有較好的應用效果。

2.3 在處理富營養(yǎng)化水的應用

富營養(yǎng)化水指的是在流速較慢的水中，氮、磷、鉀等元素大量排入，導致藻類植物大量繁殖，產(chǎn)生大量的有機物，破壞生態(tài)平衡[4]。將碳纖維應用到富營養(yǎng)水的治理中，碳纖維能夠有效去除水中的NH4+-N、TP以及COD等，制約藻類植物的繁殖，減少水中有機物的生成，可將其應用于養(yǎng)殖場的廢水處理。相關研究表明，將碳纖維與曝氣進行組合來治理富營養(yǎng)水的效果更佳。采用碳纖維與曝氣對于養(yǎng)殖場廢水進行處理時，其處理效果會受到曝氣強度以及水力停留時間的影響。一般說來，曝氣強度約為1.5m3/h，且水力停留時間約為10小時的情況下，對于水中有機物質(zhì)的去除能力最強。

3 結語

新型材料碳纖維已經(jīng)被廣泛應用于水處理中，包括飲用水的凈化處理、工業(yè)廢水的處理以及富營養(yǎng)水的處理等，并取得較好的成效，為水污染的治理做出了較大的貢獻。我們應該加強對于碳纖維材料的分析，研究碳纖維纖絲結構所附著微生物的種類及分布特征，不同掛膜方式對于吸附效果的影響等。通過對于碳纖維的深入研究，不斷提高其在水處理中的應用效果。

[1]張小玲,王靖楠,施雪旖,林燕,王欣澤,孔海南.新型材料碳纖維在水處理應用中的研究進展[J].環(huán)境工程學報，2016，04:

1577-1583.

[2]章銳芬.厭氧生物-高效碳纖維生物塘組合技術處理農(nóng)村生活污水的應用研究[J].廣東化工，2016，06:143-144.

[3]張毅,王偉民,王偉,朱偉,吳京,唐秋萍,李秀霞.一種活性碳纖維絲的改性方法和水處理填料裝置及其應用[J].天津造紙，2016，01:19-23.

[4]齊鈺鵬,許菲,楊興桐,劉舒巍,王曉慧,海熱提.微納米曝氣強化碳纖維生態(tài)浮床水處理效果研究[J].水處理技術，2016，08:

104-108.

周揚(1983-)，女，江蘇省揚州人，職稱學歷，研究生，研究方向化工類水處理。