谈谈活性炭活性炭在环境工程中运用

论文导读：炭在水处理方面的应用作为一种广谱的吸附剂,活性炭的应用和研究开发越来越受到人们的重视。20世纪70年代以前,活性炭在国内的应用主要集中于制糖、制药和味精行业;后来又扩展到水处理和环保等行业;20世纪90年代,除以上领域外,扩大到溶剂回收、载体、医药、黄金提取、食品饮料提纯、超级电容等众多应用领域陈。对于活性炭
摘要：活性炭由于炭的活化而具有许多空隙, 所以吸附容量大, 是微孔发达的吸附剂, 在水和废气处理中得到了广泛的应用。
关键词：活性炭环境工程 应用
前言
18 世纪末,人们首次发现了木炭具有吸附能力。随后人们发现用各种原料制成的炭中,椰壳炭具有最出色的吸附性能,且质地致密而坚固,在一战中用于防毒面具,是当时能得到的唯一的高级吸附剂。1900 年发明了氯化法生产活性炭的工艺,开辟了活性炭生产的现代工艺途径。随着化学工业的迅速发展,活性炭的研究和应用,得到了很大的提高.。现在,活性炭作为一种孔隙发达的炭质材料,已经广泛用于分离,精制,催化剂,试剂回收及其他,特别是在公害治理方面正得到广泛的应用。

一、活性炭性质及特点

活性炭是一种由煤、沥青、石油焦、果壳等含碳原料制成的外观呈黑色的粉末状或颗粒状的无定形碳。活性炭内部孔隙结构发达、比表面积大、吸附能力强。普通活性炭的比表面积为500～1500m2/g,超级活性炭比表面积则高达3500～5000m2/g。活性炭所含主要元素是碳,含量为90%～95%。氧和氢大部分是以化学键的形式与碳原子相结合形成有机官能团,氧含量4%～5%左右,氢含量一般是1%～2%。活性炭中最常见的官能团有:羧基、酚羟基和醌型羧基,此外还有醚、酯等。活性炭性质与很多因素有关,比如制备原料,活化剂种类,活化剂用量,活化温度,活化时间,加热方式等。不同的制备方式所制备的活性炭的物理结构和化学性质有很大的差别,因此对于同一种吸附质来说,其吸附性能也有很大的差异性。一般认为,磷酸法制备的活性炭具有较多的介孔和较强的离子交换能力,碱法制备的活性炭微孔比较发达。因此可根据不同吸附质的特点选择所需要的活性炭种类。
根据不同吸附质的特点选用不同性质的活性炭种类是非常重要的。活性炭吸附作用有包括物理吸附和化学吸附。物理吸附主要发生在活性炭丰富的微孔中,比如通过范德华力进行吸附,物理吸附吸附热很小,且是可逆的。另一方面由于活性炭表面存在不均匀力场,表面上的原子往往还有剩余的成键能力,当吸附质碰撞到活性炭表面上时便与表面原子间发生电子的交换、转移或共有,形成吸附化学键的吸附作用发生电子的转移、交换或共有,形成吸附化学键的吸附,此过程为化学吸附。

二、活性炭在水处理方面的应用

作为一种广谱的吸附剂,活性炭的应用和研究开发越来越受到人们的重视。20世纪70年代以前,活性炭在国内的应用主要集中于制糖、制药和味精行业;后来又扩展到水处理和环保等行业;20世纪90年代,除以上领域外,扩大到溶剂回收、载体、医药、黄金提取、食品饮料提纯、超级电容等众多应用领域陈。对于活性炭应用的研究,正在向更广泛的领域展开。
1 活性炭对水中重金属离子的吸附
目前冶金、电镀、电解、纺织印染、油漆、合金、造纸与尤机颜料制造等行业,每年排放大量含有多种重金属离子的工业废水。活性炭以其独特的物理、化学性质成为去除重金属离子的常用吸附剂之一。在电镀中行业中,铬是用量较大的一种重金属原料,在废水中随pH值的不同,六价铬会以不同的形态存在。活性炭有非常发达的微孔结构和较高的比表面积,具有极强的物理吸附能力,但是,我们前期研究表明活性炭对以阴离子存在的重金属吸附效果不佳,对于这种以阴离子存在的吸附质,需要对活性炭表面进行修饰,比如在借助活性炭巨大的比表面积在其表面上负载铁或者是其他的正价金属,通过对Cr产生化学吸附作用。达到去除水中微量Cr的目的。改性后的活性炭完全可以用于处理电镀废水中的Cr,且吸附后的水可达到国家排放标准。对于正价重金属离子的去除,活性炭是比较有优势的,陈芳艳等以活性炭纤维作为吸附剂,考察了水样pH和震荡时间对去除水中镉、镍、铜三种重金属离子吸附效果的影响。结果表明,活性炭纤维对水中三种重金属离子都具有良好的吸附性能,且吸附后的吸附剂易于再生,可重复利用,是去除水中离子态重金属的优良吸附剂。
2 对水中有机物的吸附
活性炭对水中有机污染物有良好的吸附能力。如酚类化合物、苯类化合物、石油及石油产品等具有较强的吸附能力,而且对用生物法和其它化学法难以去除的有机污染物,除草剂、杀虫剂、农药、如异臭、亚甲蓝表面活性物质、合成染料、胺类化合物、合成洗涤剂及许多人工合成的有机化合物等都有较好论文导读：
的去除效果。吸附效果好,且没有副产物的生成,克服了生物和化学方法处理化可能会产生更有毒性副产物的这一弱点。同时,活性炭吸附法对微污染有机物有很好的去除效果,这是其他方法所不及的。所以活性炭一般过滤作为最后的处理。

三、气体污染防治

1室内空气污染的防治
人们的日常生活,如居室、厨房、厕所以及公共场所等,由于人源于：科技论文写作www.7ctime.com
们的生活活动,都会给自己的生活小环境的空气带来一定程度的污染。其污染物主要是少量的H2S、SO2 、CO、CO2 、氮氧化物、NH3 、居室装潢的挥发性溶剂、油烟及汗酸臭味等等。采用活性炭吸附过滤法最为合适,通常是用活性炭过滤和空调、换气设备联用的方法。建议研制吸附性能好、流体阻力小的活性炭制品,嵌装在空调或换气设备(吸排油烟) 的气体入口位置,可能会收到理想效果,如能加上定期更换的服务定会大受欢迎。
2烟气脱硫
煤和石油的使用都造成硫的排放,由其引起的全球的硫污染已经成为大气污染防治的一个重要内容。我国70 %的能源来自燃煤,硫已经成为我国大气污染的主要污染源。据国家有关部门的统计,我国绝大部分大中城市和近三分之一的国土都受到酸雨的危害,有个别城市酸雨的pH 已达到4 。防治酸雨已成为我国环境保护的紧迫内容。要治理硫的污染有两条路可选:一是尽可能采用含硫低或不含硫能源,二是烟气脱硫。
烟气脱硫目前有3 种技术路线:石灰乳中和、高压电场氧化和活性炭脱硫,其原理如下:
3 种方法各有利弊,石灰乳中和法具有上马快、易操作的优点,但生成物为亚石膏,二次处理只能掺入做水泥,硫元素没有很好利用;高压电场法具有设备简单、硫利用好,这是近年来才研究成功的方法,所得稀硫酸加氨水中和生成硫酸铵作为肥料,但硫化氢脱除有一定困难;活性炭脱硫国内外均比较成熟,而且可以脱除SO2 、H2S 和有机硫。国外大型烟气脱硫(如电厂脱硫) 和国内化肥厂的合成气脱硫大多采用活性炭脱硫工艺。有研究表明:活性炭脱硫率与活性炭表面含氧基团有关,主要与“= C = O”(烯酮基) 有关。此外,活性炭担载氧化铝、硫酸锰、水杨酸和胺基可提高烟气脱硫能力。
3汽车尾气污染防治
研究表明:汽车已经成为城市空气的重要污染源之一,据测定,汽车燃油挥发物造成的污染占汽车总污染的30 %～40 % ,占尾气排气污染的60 %～70 %。燃油挥发物和排气中的碳氢化合物在紫外线照射下会造成光烟雾污染。此外燃油的挥发既浪费了能源,也给司机和乘客带来了不愉快的气味。发达国家,如美、日、西欧各国早在20 世纪70 年代就用活性炭吸附的燃油蒸发控制装置( ELCD) 来解决这一问题。我国近年来也正在进行这方面的研究开发。
结束语
活性炭有着许多独特而优良的性能,如今,它的应用与我们的生活息息相关,而且广泛深入到各行各业. 随着人们对环保日益重视,开发新的活性炭生产工艺除了要考虑环境污染的问题外,生产成本也是一项不可忽视的重要因素。近年来,以微波为热源的新技术 ,可以提高活性炭的质量和产量. 超临界技术由于可使高分子材料膨胀形成微孔,因此,我们有望用临界温度接近室温(30

4. 2K) 的二氧化碳促使碳的活化,实现其优良改性。

参考文献
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