張文亮，秦凡凡，樊 星,李星星，李新燭

(咸陽(yáng)職業(yè)技術(shù)學(xué)院能源化工研究所，陜西 咸陽(yáng) 712000)

1 引言

活性炭作為一種優(yōu)質(zhì)多孔炭材料，廣泛用于食品、化工、紡織、冶金、印染等工業(yè)部門以及農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥、環(huán)保、國(guó)防等諸多領(lǐng)域中，染料的脫色、精制、回收、分離、廢水及廢氣處理、飲用水深度凈化、催化劑、催化劑載體以及防護(hù)等各個(gè)方面都離不開活性炭的作用[1]。隨著科技的進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，對(duì)活性炭的需求量越來(lái)越大，尤其是近年來(lái)隨著環(huán)保要求的日益提高，對(duì)活性炭的使用要求也愈加嚴(yán)格。

由于活性炭具有發(fā)達(dá)的孔隙結(jié)構(gòu)和可調(diào)的表面化學(xué)性質(zhì)，越來(lái)越多的學(xué)者試圖對(duì)活性炭進(jìn)行改性以提高其使用效果，常用的改性方法有物理法、化學(xué)法、金屬負(fù)載法等。本文從提升活性炭的使用效果出發(fā)，簡(jiǎn)要的介紹了常見了活性炭改性手段，重點(diǎn)綜述了金屬負(fù)載活性炭的制備方法，旨在為活性炭行業(yè)利用效果的提升和可持續(xù)發(fā)展提供基礎(chǔ)。

2 活性炭的改性

現(xiàn)階段，傳統(tǒng)的活性炭在使用過(guò)程中普遍存在孔徑分布無(wú)序、比表面積不一、使用針對(duì)性不強(qiáng)等缺點(diǎn)[2]，而通過(guò)不同方法對(duì)活性炭進(jìn)行改性，可以改善材料的孔隙結(jié)構(gòu)和表面化學(xué)性質(zhì)，提升其使用效果。活性炭改性常用的方法有物理法和化學(xué)法[3]。其原理和特點(diǎn)見表1。

表1 活性炭物理和化學(xué)改性

3 金屬負(fù)載活性炭的制備及應(yīng)用研究進(jìn)展

其中金屬負(fù)載法是采用浸漬、溶膠凝膠等方法使特定的金屬或金屬化合物以分子的形式負(fù)載至活性炭的表面及孔隙中，既優(yōu)化調(diào)整了孔隙結(jié)構(gòu)，又對(duì)其表面化學(xué)性能進(jìn)行了改善。更重要的是，當(dāng)活性炭作為催化劑載體而使用時(shí)，不同金屬的負(fù)載會(huì)對(duì)有不同的催化用，所以，金屬負(fù)載活性炭的制備在活性炭的使用領(lǐng)域有著十分重要的意義和價(jià)值。

現(xiàn)階段大量的學(xué)者對(duì)活性炭的金屬負(fù)載改性做了研究。孟紅旗[4]等用溶膠凝膠法制備了負(fù)載Al3+、Zn2+、Ti4+、Fe3+的活性炭，研究了金屬類型、堿化度和焙燒過(guò)程對(duì)活性炭吸附去除單寧酸性能的影響。結(jié)果表明，金屬類型對(duì)吸附效果的影響不如堿化度顯著，各項(xiàng)因素的順序?yàn)椋簤A化度>中溫焙燒>金屬類型，吸附效果較改性前可提升17.28%～24.06%。李偉峰[5]等用浸漬法制備出了Cu/AC、Fe/AC、Ni/AC、Mn/AC四種負(fù)載催化劑，并將其應(yīng)用于印染廢水的催化氧化處理過(guò)程，結(jié)果表明載銅活性炭催化的效果最好，當(dāng)pH值為5～7，投加量6 g/L時(shí)，處理60min，COD去除率可達(dá)85%以上。王連生[6]等以酸堿改性后的活性炭為原料，在特殊的金屬鹽溶液中浸漬一段時(shí)間，制備出了適用于能處理ZPT生產(chǎn)廢水的負(fù)載活性炭。通過(guò)實(shí)驗(yàn)可獲得95%的COD去除。汪昆平[7]用浸漬研究制備了負(fù)載鈀和銅兩種金屬的活性炭催化劑，兩種金屬原子比為1∶1、Pd負(fù)載量為1.2%、Cu負(fù)載量為0.72%(均為質(zhì)量分?jǐn)?shù))時(shí)，催化劑活性和選擇性最優(yōu)。胡明華[8]用浸漬法將稀土金屬鈰負(fù)載在活性炭上，并研究了其對(duì)印染廢水的處理以判定負(fù)載效果。結(jié)果表明，當(dāng)鈰負(fù)載量為8 %時(shí)，吸附效果最好，其在焦化廢水、蘭炭廢水和制藥廢水的處理上也有望取得良好的效果。閆璐[9]以市售活性炭為原料，用浸漬法制備出了氧化銅負(fù)載活性炭，并研究其性能。結(jié)果表明，氧化銅負(fù)載活性炭與負(fù)載前相比，比表面積減小，平均孔徑增大，而且20%的CuO負(fù)載吸附劑活性較高，脫硫效果也最好。孫天宇[10]等基于活性炭改性技術(shù)，以ZnCl2為浸漬劑，以市售活性炭為原料制備出了負(fù)載氯化鋅的活性炭吸附材料。通過(guò)BET實(shí)驗(yàn)可知改性后式樣的比表面積明顯下降，這是因?yàn)樨?fù)載的Zn元素附著在活性炭上可能堵塞其孔道，而且這一下降趨勢(shì)隨著ZnCl2濃度的增加而增加。氨吸附性能測(cè)試表明當(dāng)負(fù)載物濃度為21%時(shí)吸附性能最佳，平衡吸附量可達(dá)131.2 mg/g，但當(dāng)負(fù)載濃度進(jìn)一步增加時(shí)吸附能力反而下降。榆林學(xué)院高雯雯[11-12]等分別制備出了負(fù)載銅和負(fù)載鈰-錳活性炭，分別將其用作吸附處理焦化廢水和蘭炭廢水，經(jīng)負(fù)載改性后的活性炭吸附效果均優(yōu)于改性前，經(jīng)過(guò)多次循環(huán)使用，COD去除率仍保持在50%以上。

4 總結(jié)

活性炭因其巨大的比表面積和多孔結(jié)構(gòu)是一種優(yōu)質(zhì)的吸附劑和催化劑載體。不同種類的金屬負(fù)載至活性炭上能改變式樣的孔隙結(jié)構(gòu)和表面化學(xué)性質(zhì)，用于吸附過(guò)程和催化過(guò)程時(shí)能能促進(jìn)分子間的結(jié)合效應(yīng)，并能獲得更好的吸附和催化結(jié)果，同時(shí)對(duì)拓展活性炭的用途、提升其使用效果，具有很重要的現(xiàn)實(shí)意義，這也逐漸成為了活性炭領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)和重點(diǎn)。