劉維平 長沙環(huán)境保護(hù)職業(yè)技術(shù)學(xué)院

水處理中活性炭的應(yīng)用與活性炭改性方法分析

劉維平 長沙環(huán)境保護(hù)職業(yè)技術(shù)學(xué)院

隨著我國社會經(jīng)濟不斷發(fā)展，人們的生活質(zhì)量不斷提高，但是生態(tài)環(huán)境卻遭受到了嚴(yán)重破壞，其中，水生態(tài)破壞問題最為嚴(yán)重。為了能夠全面提高水處理工作質(zhì)量，我們必須要合理采用活性炭物質(zhì)，加強水環(huán)境處理效果。但是普通活性炭由于吸附能力極其有限，無法滿足當(dāng)代水處理工作標(biāo)準(zhǔn)。

水處理 活性炭 改性方法 應(yīng)用

引言

活性炭是一種黑色的粉末或顆粒狀的無定形碳，是國際碳材料長期發(fā)展下的產(chǎn)物。活性炭具有安全性高、易再生、資源充足、不溶于液體、吸附性較強等特點，是一種典型的環(huán)境友好型吸附劑。從使用范圍分析，活性炭在社會生產(chǎn)中的應(yīng)用范圍愈加廣泛，不僅能夠吸附工業(yè)廢水的殘留物，例如重金屬等，同時還能夠消除水中的臭味和異味，讓水質(zhì)變得更加澄清，過濾水中的細(xì)菌。由此可見，正式由于活性炭具有諸多明顯的優(yōu)勢，因此廣受社會各個階層的關(guān)注。但是為了能夠避免普通活性炭的缺點，如表面積小、吸附性差、灰分高、孔容小、微孔分布寬等，對活性炭的性質(zhì)、結(jié)構(gòu)進(jìn)行改性，從而提高水處理的工作效率，提高活性炭的吸附能力。

一、活性炭的改性方法分析

1.表面氧化改性。該種改性方式主要是通過氧化劑對活性炭進(jìn)行處理，這樣能夠讓活性炭表面出現(xiàn)氧化反應(yīng)，從而提高含氧官能團數(shù)量，例如酚羥基、酯基等，進(jìn)一步加強活性炭的親水性能。通過表面氧化能夠有效提高極性物質(zhì)的吸附能力，常見的氧化劑主要包括硝酸、雙氧水、高氯酸、臭氧等。在這些氧化劑中，硝酸的氧化性能最強，在與活性炭反應(yīng)中能夠出現(xiàn)大量的酸性基團，其余的氧化劑較為溫和，能夠用作于活性炭的表面酸性。通過氧化改性后的活性炭表面結(jié)構(gòu)更加均勻，采用不同的氧化劑能夠獲取不同數(shù)量與極性不同的活性炭材料，大大提高了活性炭的應(yīng)用范圍。

2.表面還原改性。表面還原改性主要是通過采用不同的活性炭表面官能團進(jìn)行還原改性，這樣能夠提高活性炭避免含氧堿基基團和羥基官能團的含量，從而增強活性炭表面上的極性，加強活性炭對非極性物質(zhì)的吸附能力。通常情況下，活性炭還原劑可以采用氮氣、氫氣、氫氧化鉀、氫氧化鈉，氨水等。例如通過氫氣對活性炭表面進(jìn)行處理可以發(fā)現(xiàn)，改性后的活性炭孔隙性能沒有產(chǎn)生明顯的變化，但是表面含氧官能團數(shù)量逐步降低，這就即可提高活炭材料對有機污染物的吸附能力。

3.負(fù)載金屬改性。通過采用負(fù)載金屬改性方法，將可溶性鹽溶解中的金屬離子負(fù)載到活性炭當(dāng)中，并且在高溫條件下對碳原子進(jìn)行氧化還原反應(yīng)，這樣就能夠造成碳缺失，擴充活性炭的孔洞，提高其吸附功能。再者，金屬離子自身也具備對某種特殊物質(zhì)的吸附能力。相關(guān)科學(xué)家采用硫酸鐵、硝酸鐵等物質(zhì)對活性炭改性，采用高溫加熱的形式能夠讓金屬鹽分解成氧化氮、氧化硫等物質(zhì)，并且與活性炭孔道產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，成功的擴大了活性炭的孔徑。

4.酸堿改性方法。酸堿改性方法是采用酸物質(zhì)、堿物質(zhì)對活性炭表面進(jìn)行處理，從而改變活性炭表面發(fā)官能團，并且還能夠?qū)钚蕴康墓倌軋F數(shù)量進(jìn)行調(diào)節(jié)，最終獲取更高質(zhì)量的活性炭，大大提高了活性炭的吸附功能。主要的酸堿改性劑有：檸檬酸、氯化氫等。

二、活性炭在水處理中的應(yīng)用

1.去除水中有機物。據(jù)有關(guān)研究表明，在氧化還原中帶有鉑元素的活性炭能夠大大提高對有機物的吸附性能。通過將多種浸漬液對活性炭進(jìn)行改性，浸漬液能夠有效改變活性炭中的脫附活化能，從而對吸附效果帶來巨大影響。通過一系列的試驗工作，發(fā)現(xiàn)活性炭表面化學(xué)性質(zhì)在氧化法和負(fù)載金屬法中的性能提高較強，大大提高了活性炭的吸附能力。因此，將活性炭應(yīng)用在水處理中，可以通過負(fù)載金屬、氧化法讓活性炭改性，從而提高水中有機物的處理能力。

2.去除水中重金屬離子。由于活性炭在改性后的吸附能力會大大增加，不僅能夠?qū)λ杏袡C物進(jìn)行去除，同時也能夠吸附無機污染物，也就是重金屬離子。從理論方面分析，在活性炭表面上添加氨基、羥基、羧基官能團等物質(zhì)，能夠進(jìn)一步提高活性炭的吸附能力，從而更好的處理水中的重金屬離子（吸附）。有關(guān)學(xué)者對活性炭進(jìn)行了改性試驗，通過在活性炭中加入濃度為13.2 mol.L-1的HNO3溶液，其應(yīng)用比例為4∶1混合，在回流溫度在100℃、回流時間1h的作用下，即可讓活性炭改性，該種方法能夠大大提高活性炭對Pb2離子的吸附能力，并且相比普通活性炭的吸附能力強105倍，吸附作用極為明顯。還有部分學(xué)者在試驗中，將HNO3溶液和活性炭混合，混合比例為1∶1，從而讓活性炭出現(xiàn)氧化改性，并在溫度為350℃基礎(chǔ)上進(jìn)行加熱處理，最終得到改性活性炭。該種活性肽的離子交換性能非常強， 陽離子交換容量更高，特別是對于Cr(Ⅲ)物質(zhì)，吸附性能會明顯提高。此外，可以將二乙基二硫代氨基甲酸鈉和四丁基銨讓活性炭改性，這樣能夠去除水中的鉻元素、鋅元素、銅元素等?？傊?，針對不同的金屬元素需要采用不同的改性方法，從而保障水處理工作的針對性。

3.去除其他物質(zhì)。由于在一定溫度下對活性炭進(jìn)行加熱，能夠讓其獲得更強的陰離子吸附交換功能。例如采用氫氧化鈉進(jìn)行改性的活性炭，能夠有效去除殺蟲劑等物質(zhì)；采用負(fù)載納米二氧化鈦的活性炭能夠提高光催化功能，從而降低工業(yè)廢水中的甲基橙含量。由此可見，針對不同的水治理目標(biāo)，在應(yīng)用活性炭時需要采用不同物質(zhì)對其進(jìn)行改性，這樣才能夠提高水處理效果。

三、結(jié)束語

綜上所述，改性活性能夠有效吸附酚類化合物、石油產(chǎn)物、苯類化合物等有機污染物以及重金屬離子類的無機化合物，同時，改性活性炭還能夠去除人工合成的染料、化合物、殺蟲劑、亞甲基藍(lán)活性物質(zhì)等。因此，為了能夠全面提高水處理質(zhì)量，我們必須要針對不同的改性方法與活性炭性能，根據(jù)水處理目標(biāo)對活性炭進(jìn)行針對改性，這樣才能過全面提高水處理效果。

[1]鄭超，王榕，等.活性炭表面改性對釘基氨合成催化[J].工業(yè)催化，2015，23(10)∶31-35.

[2]周勤，肖樂勤.氧化改性ACF對鉛離子吸附作用的研究[J] .北工時刊，2016，20(7)：13-15.

[3]姚麗群，高利平，托羅別克，等活性炭的表面化學(xué)改性及其多有機硫化物的吸附性能的研究[J]燃料化學(xué)學(xué)報，2016，34(6)：749-752.