活性炭国家专精特新“小巨人”企业活性炭产学研合作

　　废水处理中活性炭的现状

　　活性炭具有可调节的孔隙结构，良好的物理和化学稳定性，可变的比表面积，以及易于功能化的可能性。这为他们提供了新的属性，并允许他们改善专有性能。本期主要介绍活性炭如何从水中去除污染物，例如重金属离子，染料以及有机或无机分子。首先，说明了不同活性炭的一般概述。第二部分专门介绍一些应用，例如使用活性炭作为吸附剂。对于这些应用而言，似乎在不同规模下使用多孔材料对于废水处理行业来说是非常有前途的。

　　不同形式的活性炭

　　活性炭在工业中被广泛用于各种应用。每种应用都需要一种类型和形式的活性炭。市场上比较常见的如图1所示，并在以下小节中介绍。

　　图1：活性炭的形式：(a)活性炭粉末，(b)颗粒状活性炭，(c)挤出活性炭，(d)浸渍活性炭，(e)活性炭布。

　　活性炭粉

　　它以尺寸小于100 µm的细颗粒形式出现，平均孔径在0.15和0.25 µm之间(图1a)。它们的特征是较大的外表面和深度减小的孔。这种类型的碳通常用于分批处理液体废水。

　　颗粒活性炭

　　粒状或粒状活性炭由尺寸在0.5到10毫米之间的晶粒形成(图1b)。这些晶粒以小孔径，大内表面和相对小的外表面而闻名。这种类型的碳用于处理气体和液体流出物。

　　挤压活性炭

　　为了制造挤出的活性炭，将碳质原料磨细;将粘合剂添加到该粉末中以获得糊状物，该糊状物通过挤出装置产生确定的长度和宽度的挤出物(图1c)。然后将这些挤出物焦化并在气流下活化。这些材料用于气相应用。

　　浸渍活性炭

　　活性炭也可以用试剂浸渍，以优化其对某些分子的吸附能力(图1d)。因此，通过这种类型的材料有助于从气体中除去某些杂质，而对于常规的活性炭吸附剂则是不可能的。

　　活性炭布

　　活性炭布是通过将粘胶或聚丙烯腈类型的合成前体组织碳化，然后进行活化得到的(图1e)。这些织物是非常多孔的材料，具有非常高的比表面积，并且微孔的分布占总孔体积的90%。这些材料因其精细应用和催化作用而闻名。

　　活性炭在污水处理中的作用

　　长期以来，活性炭一直是工业领域中使用比较广泛的材料之一，因为它在净化液体和过滤气体中起着至关重要的作用。但是，活性炭的制造和使用方面的创新是由对自然资源的再利用和防止环境污染的需求推动的。因此，就这些碳质材料的制造和再生而言，在优化这些碳质材料方面已经取得了许多进展。这已经促使冶金，石油，食品，化学和汽车等多个行业将活性炭用于多种用途。当前，活性炭的主要应用在于气相或​​液相中污染物的吸附过程。实际上，活性炭属于无定形碳，经过化学修饰，形成了多孔结构，大部分为微孔，具有表面功能，可为活性炭提供吸附各种化学物质的出色材料。这种吸附现象是由于存在范德华类型的物理力，从而导致界面处的被吸附物浓度高于流体中的被吸附物浓度。吸附也可能由碳表面上的活性位点和被吸附物之间形成的共价键引起，这类似于化学吸附现象。在废水处理领域作用很大。

　　应该注意的是，对活化过程的理解是优化活性炭制备的基本步骤。实际上，各种化学，物理和物理化学方法被用于从不同的天然或合成资源合成活性炭。化学处理涉及通过浸渍然后热解使用活化剂，而物理过程涉及在蒸气或二氧化碳存在下的高温热处理。但是，这两种方法的组合也已用于生产活性炭。根据所采用的处理方法，很难预测碳的物理化学和形态特性。看来形态，物理化学，质地，通过改变活化时间和温度以及所用前体的性质，活性炭的表面性质会发生显着变化。活性炭表面的化学性质取决于存在于表面上的杂原子的类型，例如氧，氮，硫等。这些积累在表面上的杂原子或基团要么来自原材料本身，要么在活化过程中被引入。这在很大程度上与前体的性质有关。所有这些特性对于使用碳作为水溶液中污染物的吸附剂具有重要意义。实际上，污染物在活性炭上的吸附是一个复杂的过程，在涉及物理作用和/或化学键的过程中，各种相互作用可以共存。从而，可能发生的吸附机理为静电相互作用，氢键，π-π堆积相互作用，孔填充，疏水相互作用，离子交换以及其他相互作用(n-π相互作用等)和络合反应。图2说明了在活性炭上吸附污染物的主要相互作用方法。

　　图2：污染物与活性炭相互作用的推测机制。

　　活性炭多孔网络通过孔填充机制促进了污染物的吸附。受吸附剂对污染物的亲和力的影响。建议使用π-π堆积相互作用来吸附含活性炭的芳环上的芳族化合物。离子和可电离化合物的吸附过程中会遇到静电相互作用。带正电荷的化合物将倾向于吸附在带负电荷的碳表面上，而阴离子化合物将与带正电荷的部位结合。这些相互作用还涉及存在于活性炭表面上的官能团(羧酸，内酯，酚等)与被吸附物的官能团之间的弱相互作用力和氢键。实际上，碳表面上的极性基团促进了水的吸附，并促进了碳与含有负电性元素的被吸附物之间的氢键形成。

　　废水处理中活性炭的现状解释了活性炭在生物学，材料化学，能量存储，电化学和废水处理等各个领域中的用途。活性炭由于其化学，结构和质地组成的多样性而具有吸附特性，因此被广泛用于水处理领域。这些性质与活性炭的前体和制备方法有关。我们简单了介绍几种活性炭在废水中的应用，如果有什么不太了解的可以咨询我们的技术。

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