吳以保

(廣州市番禺環(huán)境科學(xué)研究所有限公司，廣東 廣州 511400)

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活性炭在大氣污染防治中的應(yīng)用研究

吳以保

(廣州市番禺環(huán)境科學(xué)研究所有限公司，廣東 廣州 511400)

指出了隨著社會主義經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們對于生活品質(zhì)的要求也處于不斷上升的趨勢，生產(chǎn)與消費(fèi)活動也越來越頻繁，而對于自然環(huán)境造成的破壞也越來越大。分析了我國經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展與環(huán)境質(zhì)量的關(guān)系，以加強(qiáng)大氣環(huán)保、降低空氣污染為基礎(chǔ)，以活性炭為凈化空氣的主要工具，從其內(nèi)部結(jié)構(gòu)及作用出發(fā)，全面闡述了活性炭在大氣污染中所發(fā)揮不可替代的治療作用。

大氣污染；活性炭；屬性功能；防治應(yīng)用

1 引言

經(jīng)濟(jì)的發(fā)展來源于人們?nèi)粘５纳a(chǎn)生活，人類日常生產(chǎn)活動對資源產(chǎn)生消耗，在能源消耗的過程中，各種各樣的污染現(xiàn)象也接踵而至。隨著生產(chǎn)活動發(fā)展類型的多樣化與生產(chǎn)領(lǐng)域的擴(kuò)大化，人類的生產(chǎn)對大氣質(zhì)量影響越來越大。臭氧層空洞、冰川融化等一系列破壞自然的現(xiàn)象皆源于大氣污染。與此同時，當(dāng)前 人們所面臨的首要環(huán)境問題就是大氣污染問題。大氣污染不僅給人們?nèi)粘Ｉ顜碛绊?，還對人們的生存環(huán)境的質(zhì)量造成威脅。隨著人們對空氣污染治理力度的加大，活性炭的應(yīng)用也被應(yīng)用的范圍越來越廣?；钚蕴孔陨硎且环N以具有超強(qiáng)吸附能力自居的化學(xué)用品，由于自身獨(dú)特的碳分子結(jié)構(gòu)，從而起到凈化空氣的作用，能夠有效吸附空氣中的污染物及細(xì)微分子。因此，在人類生產(chǎn)與生活中得到廣泛的應(yīng)用。

2 活性炭結(jié)構(gòu)

從化學(xué)元素的角度出發(fā)，活性炭隸屬于碳類元素組合結(jié)構(gòu)，外表呈墨色或黑色，自身是一種形狀不定的碳素物質(zhì)。除此之外，由于其功能性，它也是一種用途范圍廣、吸附能力強(qiáng)、獲取途徑易的一種新型高效的纖維材料。 活性炭的主要由石墨微晶或被分離的碳分子構(gòu)成的。其內(nèi)部的結(jié)構(gòu)極其復(fù)雜,每一部門都有非常復(fù)雜的、細(xì)微的小孔,孔徑大小也是層次不齊，結(jié)構(gòu)復(fù)雜多樣。由于活性炭外部呈黑色粉末或者顆粒，形狀不定，內(nèi)部微孔數(shù)量也極其繁多。 在活性炭吸附過程中，發(fā)揮其主要功能、提高其工作效率的主體對象為微孔，中孔及大孔僅作為分子進(jìn)入的通道而存在?；钚蕴客獠恐睆椒浅Ｐ。瑑?nèi)部孔徑大的肉眼能夠看到、小的可以達(dá)到幾納米，因此大大提高了活性炭的吸附能力，降低由污染物擴(kuò)散不同程度而對其在吸附過程中所造成的阻力，擴(kuò)大對物質(zhì)的吸附面積。

3 活性炭的特點(diǎn)

活性炭的特點(diǎn)與其自身的組成結(jié)構(gòu)有著密切的關(guān)系。由于活性炭內(nèi)部包含數(shù)量繁多的吸附小孔、發(fā)達(dá)的孔隙結(jié)構(gòu)與面積巨大的外表區(qū)域, 所以活性炭的吸附能力極強(qiáng)，具有超乎想象的吸附容量、龐大的污染物儲存量與令人稱贊的吸附速度。 活性炭的吸附作用主要過程如下?；钚蕴績?nèi)部組織會對活性炭表面層物質(zhì)粒子產(chǎn)生一定的牽引力與拉力，但是內(nèi)外結(jié)構(gòu)之間兩者形成的阻力屬于不平衡力，而這種不平衡力場的存在會使活性炭表面的活動組織向空氣中其他符合條件的介質(zhì)，捕獲其他的物質(zhì)粒子，從而進(jìn)一步填充、完善自身，促使不平衡力場從其他環(huán)境下得到一定地補(bǔ)償，維持倆者之間的均衡。 除此之外，活性炭表面具有大面積發(fā)達(dá)的微孔、中孔以及大孔。這些微孔可以通過中孔、大孔對污染物質(zhì)的運(yùn)輸，從而實現(xiàn)將大氣中污染物的快速、穩(wěn)定地吸附。與此同時，隨著活性炭表面積增大，內(nèi)部微孔所能吸附大氣污染物的容量也會增大，吸附能力與吸附效率也就可想而知了。種種的原因和活性炭本身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)決定了活性炭吸附能力。 而這種強(qiáng)大的吸附能力和吸附容量在防治大氣污染方面是十分顯著的?；钚蕴孔鳛橐环N非極性吸附劑，其吸附作用大多屬于物理吸附，吸附效率更多是由被吸附物質(zhì)體積、表面官能團(tuán)、溫度、 pH值及其比表面積等因素所決定。 一般來說，活性炭比表面積越大，吸附能力越強(qiáng)，表面官能團(tuán)也對吸附起重要作用。

在對大氣凈化的過程中，活性炭表面微孔結(jié)構(gòu)的存在不單單以吸附污染物為主，它也發(fā)揮著一定的輔助作用。在氧氣濃度低、可見度低的空氣環(huán)境下，污染物的數(shù)量極大，活性炭在吸附過程中將污染粒子逐一擴(kuò)散，促使其阻力大幅度降低，促使活性炭吸附速度加快，在幾分鐘內(nèi)就可達(dá)到凈化空氣的效果。

4 活性炭在大氣污染治理中的應(yīng)用

4.1 吸附能力的應(yīng)用

活性炭由于自身體積微小、產(chǎn)量大、吸附能力強(qiáng)、效率高，因此被人們成為一種天然的“吸附劑”。由于活性炭的碳粒結(jié)構(gòu)緊湊、內(nèi)部組織穩(wěn)定，所以在對大氣污染物的吸附過程中功能性極強(qiáng)，凈化能力較其他凈化產(chǎn)品效果突出。在對大氣污染物的清理過程中，活性炭充分利用自身的吸附功能，凈化空氣，美化環(huán)境。

4.2 催化劑能力的應(yīng)用

活性炭除了自身具有超強(qiáng)的吸附功能以外，其催化劑功能在凈化空氣中的應(yīng)用也十分突出。由于活性炭和載持物之間有大量的絡(luò)合物，這些絡(luò)合物大幅度提升了其催化劑活性以外，活性炭的表面積也具有很好的吸熱和耐熱性。擴(kuò)大其用途范圍，提高工作效率，增強(qiáng)其實用性。

4.3 機(jī)械能力的應(yīng)用

活性炭的可操作性也很優(yōu)良，在使用過程中具有很強(qiáng)的抗摩擦性能、抗擊打性、分解性與韌性?；钚蕴客ɑ瘷C(jī)械性的幫助下，化學(xué)分解能力也得以開發(fā)?；钚蕴績?nèi)部分子以碳元素為主，它能與很多化學(xué)元素發(fā)生氧化反應(yīng)，從而把空氣中有毒的化學(xué)氣體，如二氧化硫、一氧化碳、一氧化氮等轉(zhuǎn)化為硫酸和水蒸汽等對大氣沒有影響的氣體。

在國際上，日本是活性炭研究、開發(fā)、生產(chǎn)、應(yīng)用都比較先進(jìn)的國家。他們經(jīng)過長時間的研究與多次測試，將活性炭的生產(chǎn)原料黏膠纖維、瀝青纖維等天然纖維進(jìn)行改良，從而提高活性炭的吸附性能。與此同時，在活性炭表面增加含氧官能團(tuán)能夠增強(qiáng)活性炭表面的活性，從而增強(qiáng)活性炭對 NOX和 SO2的吸附能力。

5 結(jié)語

國家、民族、社會的健康發(fā)展都離不開自然環(huán)境良好的態(tài)勢，大氣污染的預(yù)防與治療同樣也關(guān)系到社會的健康發(fā)展。隨著當(dāng)代社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的現(xiàn)代化與工業(yè)化，物質(zhì)消耗水平地不斷提高，在重視經(jīng)濟(jì)發(fā)展工作的同時，管理人員及其他工作人員更應(yīng)該將環(huán)境效益與經(jīng)濟(jì)效益協(xié)調(diào)發(fā)展，更要注重環(huán)境的保護(hù)工作，實現(xiàn)環(huán)境保護(hù)與環(huán)境建設(shè)的一體化。在對大氣污染的治理過程中，對活性炭的生產(chǎn)與應(yīng)用也提出了新要求?；钚蕴康纳a(chǎn)要充分利用廢棄的能源，用先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)對炭分子進(jìn)行二次分離再利用，降低資源浪費(fèi)，提高利用率，促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展，實現(xiàn)國民經(jīng)濟(jì)與社會效益齊發(fā)展、雙豐收的結(jié)果。

[1]宋曉嵐,張 穎,程 蕾，等.活性炭在防治大氣污染方面的應(yīng)用研究與展望[J].材料導(dǎo)報,2011,25(7):122～126.

[2]唐曉慧.活性炭在防治大氣污染方面的應(yīng)用研究與展望[J].科技傳播,2014(19):133～133,135.

[3]羅永剛, 李大驥, 楊亞平，等 . 活性炭聯(lián)合脫硫脫硝工藝[J].熱能動力工程 ,2001,16(4):444～446.

[4]宋曉嵐, 張 穎, 程 蕾,等. 活性炭在防治大氣污染方面的應(yīng)用研究與展望 [J]. 材料導(dǎo)報,2011(7).

2016-09-05

吳以保(1985—)，男，碩士，工程師，主要從事大氣污染防治工作。

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1674-9944(2016)18-0090-02