摘 """""要：污水中有毒有害污染物質(zhì)正在危害人們身體健康，破壞生態(tài)環(huán)境?；钚蕴孔鳛槌Ｓ玫奈叫筒牧希ㄟ^物理吸附以及后期的微生物附著降解能夠很好地處理復(fù)雜的水體污染。介紹了活性炭不同制備與改性方法研究現(xiàn)狀，最后對活性炭的制備與改性技術(shù)提出展望。

關(guān) "鍵 "詞：制備；改性；展望

中圖分類號：TQ424.1 """"""""文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A """"文章編號：1004-0935（2025）03-0472-04

污水中的有毒有害物質(zhì)除了重金屬外，其余大部分都為有機(jī)物，且水中有機(jī)物的種類繁多^[1]，通常會對水生生物產(chǎn)生協(xié)同或拮抗等聯(lián)合毒性效應(yīng)，這大大提高了人類畸形、患癌癥概率，嚴(yán)重影響了用水安全。

活性炭作為一種環(huán)境友好型吸附劑，具有一系列優(yōu)點(diǎn)，例如較強(qiáng)的吸附性和催化性、原料充足且安全性高、耐酸堿、耐熱、不溶于水和有機(jī)溶劑、易再生等，因此對于復(fù)雜的水體具有很強(qiáng)的適應(yīng)性，能夠降低水的色度、除臭，短時間內(nèi)通過吸附去除有機(jī)物以及重金屬等物質(zhì)，長時間內(nèi)可以利用微生物附著發(fā)揮生物工程作用降解污染物質(zhì)^[2-4]。介紹了活性炭不同制備與改性方法研究現(xiàn)狀，最后對活性炭的制備與改性技術(shù)提出展望。

1 "活性炭制備各個階段的研究現(xiàn)狀

1.1 "活性炭制備原料選取

活性炭是由木質(zhì)、椰殼、重質(zhì)石油、煤質(zhì)等含碳的原料經(jīng)熱解、活化加工制備而成，制備過程主要分為原料選取、材料的熱解、活化，其中原料、熱解溫度、活化方法會對活性炭孔隙結(jié)構(gòu)、比表面積和表面化學(xué)基團(tuán)產(chǎn)生影響，進(jìn)而影響活性炭性能^[5-6]。

活性炭原料選取大致有2種發(fā)展方向：一是制造產(chǎn)量大，應(yīng)用范圍廣，但是價格低廉的活性炭；二是具有特殊用途，性能優(yōu)異但是價格較為昂貴的活性炭。所有制備活性炭的原料均為含碳物質(zhì)，主要分為植物類、礦物類以及塑料類，當(dāng)然還包括人類生產(chǎn)活動的廢棄物，例如工業(yè)粉塵、剩余污泥、廢舊輪胎等。

我國是一個農(nóng)業(yè)大國，到2020年全國耕地保有量不少于18.65億畝，永久基本農(nóng)田保護(hù)面積不少于15.46億畝^[7]，因此植物類含碳材料，特別是其中的農(nóng)林廢棄物（竹節(jié)、棉稈、果殼、稻殼等）來源廣泛，便于材料的收集。同時，我國煤炭資源儲備量世界排名第二^[8]，我國的煤炭探明儲量為 """"""2 078.85億t。因此，鑒于農(nóng)業(yè)與煤炭產(chǎn)業(yè)的優(yōu)勢，活性炭原料都?xì)w屬于兩者的范疇。

總的來說，原料的選取不僅要考慮制備后的性能，還要結(jié)合我國國情選擇合適的含碳原料^[9]以謀求長遠(yuǎn)的系統(tǒng)的發(fā)展。

1.2 "活性炭制備熱解

熱解階段是在缺氧及高溫條件下將原材料熱解形成多孔性的炭。熱解階段揮發(fā)出芳香族環(huán)等副產(chǎn)物，材料表面形成裂隙，后面經(jīng)過活化會形成發(fā)達(dá)的孔隙。

理論上熱解時溫度越高揮發(fā)性物質(zhì)越少，活性炭本身含碳量越多，性能越好，但礙于實際生產(chǎn)過程中的經(jīng)濟(jì)效益，熱解階段一般溫度控制在300～1"000 ℃^[10-12]。

因此，不難看出活性炭制備的研究，其中原材料選取受限從而推廣受限，熱解溫度由于經(jīng)濟(jì)效益已經(jīng)確定了適宜的溫度范圍，重點(diǎn)最終還是要落實在活化方法的研究這一部分。

1.3 "活性炭制備活化方法

1.3.1 "活化方法的分類

活性炭活化方法大致分為化學(xué)活化法、物理活化法、物理化學(xué)聯(lián)合活化法以及其他方法（催化活化法、超臨界水活化法等）。

1.3.2 "化學(xué)活化法

化學(xué)活化法是將各種活性炭制備原料與化學(xué)藥品（H₃PO₄磷酸、H₂SO₄硫酸、NaOH氫氧化鈉等）充分混合后，活化活性炭使其能夠形成致密的孔徑。

李歡歡等^[13]以辣椒秸稈為原料、KOH為活化劑制備了生物質(zhì)活性炭，活性炭的亞甲基藍(lán)吸附量為 19.42 mg·g^-1，碘吸附值為1"042.16"mg·g^-1，比表面積為1"077.57 m²·g^-1。梁文斌等^[14]以油茶殼為原料、磷酸為活化劑制備了活性炭，制得的活性炭碘吸附值為1"694 mg·g^-1，比表面積為1"872 m²·g^-1。

1.3.3 "物理活化法

物理活化法通常又稱氣體活化法，是將原材料在特定的高溫下與水蒸氣、煙道氣（水蒸氣、CO₂、 """N₂"等的混合氣）或空氣等氣體接觸，從而進(jìn)行活化反應(yīng)的過程。

宋永輝等^[15]以蘭炭末為原材料，采用水蒸氣高溫活化法制備了顆?；钚蕴浚钚蕴康馕街悼蛇_(dá)到812.86"mg·g^-1，比表面積為529.66"m²·g^-1。陳紅英等^[16]探索微波促進(jìn)活性炭活化過一硫酸鹽PMS的可行性，結(jié)果表明，微波輻照對GAC/PMS體系具有明顯的促進(jìn)作用，微波輻照能促進(jìn)GAC/PMS體系活化。

1.3.4""物理化學(xué)聯(lián)合活化法

物理化學(xué)聯(lián)合活化法則是結(jié)合物理、化學(xué)活化方法進(jìn)行進(jìn)一步強(qiáng)化，一般先進(jìn)行化學(xué)活化再進(jìn)行物理活化。

蔣緒等^[17]采用溶液浸漬-水蒸氣高溫活化技術(shù)制備了蘭炭基活性炭，結(jié)果表明，相比于常規(guī)水蒸氣高溫活化，K₂CO₃催化作用能縮短活化時間。 KUNDU等^[18]采用物理化學(xué)聯(lián)合活化法-微波加熱磷酸浸漬棕櫚仁殼制備了活性炭，并利用田口法進(jìn)行活性炭質(zhì)量穩(wěn)定，結(jié)果表明活性炭具有良好的多孔性，比表面積高達(dá)1"473.5 m²·g^-1，這遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于單獨(dú)的物理或者化學(xué)活化方法的比表面積。

1.3.5""其他活化法

近些年出現(xiàn)了催化活化法、超臨界水活化法等方法，但是目前針對這些方法的研究仍處于起步階段，因此還需要進(jìn)一步探索完善。

蔣緒等^[17]以蘭炭末為原料、Fe（NO₃）₃為催化劑，采用浸漬-水蒸氣催化活化法制備了蘭炭基活性炭，其產(chǎn)率為69.21%、比表面積為 587.21 m²·g^-1。

由此可見，現(xiàn)階段物理化學(xué)聯(lián)合活化法制備出的活性炭比表面積更大，吸附性能更強(qiáng)，在污水處理中效果也就更好。但是從活性炭的應(yīng)用角度，為了得到性能更好、更具有針對性的活性炭，活性炭不同的改性方法也就應(yīng)運(yùn)而生。

2 "活性炭不同改性方法

普通活性炭受到灰分、孔容、比表面積和吸附選擇性、外加表面官能團(tuán)及電化學(xué)等性質(zhì)的限制，使其對污染物的吸附去除作用有限，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足國內(nèi)外市場處理污染源的要求。因此，有必要對其結(jié)構(gòu)和性質(zhì)進(jìn)行改性，以增大其吸附能力，緩解水污染壓力^[19]。

活性炭的改性^[3]總的來說分為表面物理結(jié)構(gòu)特性改性、表面化學(xué)性質(zhì)的改性、電化學(xué)性質(zhì)的改性，其中活性炭的電化學(xué)性質(zhì)決定了物理吸附和化學(xué)吸附，電化學(xué)改性可以作為今后的研究方向^[20]。

2.1""表面物理結(jié)構(gòu)改性

活性炭的表面物理結(jié)構(gòu)特性改性也就是活性炭制備過程中的活化階段，通過物理或者化學(xué)的方法來增加活性炭材料的比表面積、調(diào)整活性炭的孔隙結(jié)構(gòu)及其分布，使活性炭材料的吸附表面結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，從而改變活性炭材料的物理吸附性能。

侯劍峰等^[21]采用高溫改性方法改性椰殼活性炭，用其吸附鋁電解質(zhì)熔鹽中金屬離子，表面積由918 m²·g^-1提升至2"544 m²·g^-1，活性炭雜質(zhì)也得到進(jìn)一步去除，活性炭性能得到大幅度提升。ZHOU ""等^[22]采用超聲波改性粉末活性炭（PAC），探究吸附印染二級出水有機(jī)物的機(jī)理，發(fā)現(xiàn)活性炭吸附容量變大，吸附速率得到提高。石焱等^[23]以活性炭為吸波介質(zhì)，通過改變微波作用時間、活性炭種類及用量，分析了微波與活性炭共同處理對廢水中低環(huán)PAHs去除效果和pH的影響，結(jié)果表明，隨著處理時間的增加，各環(huán)PAHs總量均不斷降低，說明增加微波處理時間有利于PAHs的分解。田葉順等^[24]研究結(jié)果同樣表明，隨微波功率增加，活性炭產(chǎn)率降低，比表面積不斷增大，SO₂飽和吸附量增長顯著。馬雙忱等^[25]研究結(jié)果表明，不同微波功率和輻照時間處理后其表面形貌具有不同的特征，其中微波功率是影響改性的主要因素，這使得活性炭表面基團(tuán)、孔徑發(fā)生了良性變化，微波改性這一方法也就具有了易操作、高效、低能耗等一系列優(yōu)點(diǎn)。

2.2""表面化學(xué)性質(zhì)改性

化學(xué)改性通過改變活性炭表面的官能團(tuán)種類和數(shù)量，使活性炭的吸附活性位點(diǎn)發(fā)生改變，從而影響了其親水/疏水性能以及對金屬及金屬氧化物的吸附能力。

表面化學(xué)性質(zhì)的改性分為表面氧化改性^[26]、表面還原改性、負(fù)載物質(zhì)改性^[27]、低溫等離子體改性^[28]、酸堿改性^[29]。

劉雨瑤等^[26]采用HNO₃氧化劑對活性炭進(jìn)行改性吸附醫(yī)藥廢水中的苯巴比妥鈉，結(jié)果表明改性使活性炭表面氧化基團(tuán)增加，特別是一些酸性氧化活性基團(tuán)，加強(qiáng)了活性炭的催化活性。于坤坤等^[27]采用以木質(zhì)素磺酸鈉水溶液作為污水樣品，采用改性活性炭負(fù)載鐵酸鹽制備芬頓試劑，表現(xiàn)出較好的催化效果，而且具有更好的催化效率。蔣浩等^[28]采用低溫等離子體改性方法吸附不同極性苯系物質(zhì)，結(jié)果表明，隨著實驗條件的變化孔徑逐漸向微孔轉(zhuǎn)化，酸性基團(tuán)則大幅度提高，活性炭吸附量得到增強(qiáng)。劉寒冰等^[29]用酸溶液與堿溶液浸漬活性炭，進(jìn)而改變活性炭表面酸堿活性基團(tuán)，可以針對性地提高對甲苯的吸附能力。

2.3""電化學(xué)性質(zhì)改性

關(guān)于電化學(xué)改性活性炭的國內(nèi)研究甚少，但可以從電化學(xué)對碳材料的影響得到啟發(fā)，例如李曉剛等^[30]采用循環(huán)伏安和恒流充放電試驗研究了電化學(xué)氧化改性石墨氈對VO²⁺/VO⁺²電對的催化活性，結(jié)果表明，石墨氈的比表面積由0.33"m²·g^-1增加到 0.49 m²·g^-1，O/C比例由處理前的0.085增加到0.15。 劉杰等^[31]以質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%的碳酸氫銨溶液為電解質(zhì)，對碳纖維進(jìn)行連續(xù)化的表面處理，結(jié)果表明，羥基和羰基明顯增加，羧基最終下降，電化學(xué)改變了其化學(xué)性質(zhì)，進(jìn)而復(fù)合材料的層間剪切強(qiáng)度增加，電化學(xué)同樣也影響了物理性質(zhì)。這表明活性炭的電化學(xué)性質(zhì)可以同時影響碳材料的物理吸附和化學(xué)吸附。這是因為電化學(xué)改性能利用微電場，使活性炭表面帶有一定的電荷，使活性炭表面的電性和化學(xué)性質(zhì)發(fā)生改變，從而提高吸附的選擇性和吸附性能。

2.4""活性炭不同改性方法優(yōu)缺點(diǎn)

通過前面介紹的表面物理結(jié)構(gòu)特性改性、表面化學(xué)性質(zhì)的改性、電化學(xué)性質(zhì)改性研究現(xiàn)狀，總結(jié)了不同改性方法的優(yōu)缺點(diǎn)，結(jié)果如表1所示。

3""結(jié)束語

1）活性炭吸附原理源自其空間結(jié)構(gòu)構(gòu)成的物理性吸附以及表面活性點(diǎn)位構(gòu)成的化學(xué)性吸附，其中物理性吸附是活性炭吸附的根本性因素，化學(xué)性吸附可以通過化學(xué)試劑或者負(fù)載活化進(jìn)一步強(qiáng)化。

2）在活性炭制備過程中，相比于單獨(dú)的物理或者化學(xué)活化方法，物理化學(xué)聯(lián)合活化法能夠充分發(fā)揮2種方法的優(yōu)勢，使制備出的活性炭吸附能力更強(qiáng)，因此將來可以更多地采用物理化學(xué)聯(lián)合活化法來制備高性能的活性炭。

3）在不同的改性方法中，電化學(xué)改性中活性炭表面產(chǎn)生的微電場以及表面發(fā)生的化學(xué)性質(zhì)變化同時決定了物理吸附和化學(xué)吸附，消耗電能作為能源也使得電化學(xué)改性能耗較低，但是目前關(guān)于電化學(xué)改性活性炭研究較少，未來可以作為一個研究目標(biāo)繼續(xù)去開發(fā)活性炭。

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Research Status of Preparation and Modification Application

of Activated Carbon in Sewage Treatment

MA Xin， KANG Han， JIANG Hao， LI Linlin， CHEN Yaxin

（School of Municipal and Environmental Engineering，"Shenyang Jianzhu University， Shenyang Liaoning 110168， China）

Abstract："Toxic and harmful pollutants in sewage are endangering people's health and damaging the ecological environment. Known as a commonly used adsorption material， activated carbon can deal with the complex water pollutant through physical adsorption and later microbial attachment and degradation. In"this paper，"research status of different preparation and modification methods of activated carbon were introduced， and finally， the preparation and modification technologies of activated carbon were prospected.

Key words："Preparation; Modification; Outlook