活性炭国家专精特新“小巨人”企业活性炭产学研合作

　　活性炭对废水中去除磷的用途

　　随着工业的快速发展，农业的集中化生产导致废水的排放增加，富营养化已显示出对水生生态系统的严重威胁。磷(P)和氮(N)在较小的程度上，是植物生长重要的营养物质，如果浓度过大可能会导致水体富营养化。因此，必须选择一种自然友好且在除磷方面具有良好效率的方法。活性炭是用来去除宽范围的水溶液中污染物优秀吸附剂，拥有高的比表面积和吸附能力，高的内部微孔，丰富的官能团，并且成本还低。

　　与其他方法相比活性炭应用的重要性

　　关于从废水，水溶液，污水污泥和肥料中除去磷有很多方法。通常，磷去除方法的选择很大程度上取决于废水的特性，方法的选择对产生的产物和磷去除效率有很大的影响。大部分是采用生物，化学和物理方法从废水中去除磷。吸附技术的使用非常有吸引力且有效，因为它效率高且不会产生污泥。用于除磷的吸附剂包括：粘土矿物，沸石，氧化铝，石灰石，生物炭和活性炭。这种方法存在各种工况下，可能会影响其使用。与化学和生物方法相比，图1是活性炭吸附的应用优势，吸附法作为一种物理方法因其成本低，操作简单，效率高和吸附率高而受到了广泛关注，尤其是在低磷水平情况下。

　　图1：与其他除磷方法相比，活性炭应用的优势。

　　影响活性炭对磷的吸附的一些因素

　　活性炭的表面积：通常，随着热解温度的升高，活性炭的孔结构会发展，结果其比表面积也会增加。活性炭去除磷通常是通过吸附过程完成的，生物炭表面积的发展改善了磷从溶液到吸附剂表面的转移。

　　金属氧化物的影响：有些活性炭包含多种金属氧化物，包括铁，铝，钙，镁等。金属氧化物的存在会增加活性炭对磷的吸附。水溶液中的磷酸盐与这些金属氧化物通过弱的氢键形成沉淀。磷酸盐还可能通过化学反应和牢固的化学键与这些金属氧化物反应而沉淀。由不同类型的活性炭的各种研究已经调查磷的吸附和的结果表明，具有较高的钙和镁含量生物炭具有高磷吸着。由于羟基官能团密度的增加，复合活性炭对磷的吸收增加。因此，在制备活性炭之前，先进行具有增加的金属阳离子浓度的化学预处理。

　　活性炭中的磷吸附热力学及其机理

　　活性炭具有特殊的理化特性，如高比表面积，高孔隙率等，可从废水中回收磷。因此，重要的是研究吸附机理，动力学模型和热力学，以认识活性炭中吸附过程的性质。

　　动力学模型类型，包括伪一级，伪二级和颗粒内扩散模型，可提供有关活性炭中磷吸附机理的见解。一些研究表明，假一阶是最好的模型言下之意磷个物理吸附。热解温度是已知改善磷吸附的因素。在高温热解下，电势，总体积，比表面积和pH增加。在高热解温度下可以获得最大的磷吸附量。在几种温度和活性炭原料类型上，模型的行为有所不同。

　　通常，磷的吸附过程是活性炭中的吸热反应。等温线包括Freundlich，Langmuir和Langmuir-Freundlich能够预测废水中活性炭对磷的吸附。在这些条件下，Langmuir通常更适合实验数据。图2总结了磷在活性炭表面上吸附的各种机理。一些机制以高亲和力和强度(例如，配体交换和内球双齿)将磷固定在其表面上，而另一些机制以较低的强度(例如，外球络合和静电吸引)固定在磷表面，从而降低了除磷效率。

　　图2：磷吸附到活性炭表面的潜在机理。

　　活性炭对废水中去除磷的用途，活性炭可用于从水溶液和废水中去除磷，吸附能力受到活性炭的物理和化学性质，预处理方法和热解条件。由于其作为物理吸附剂的高孔隙空间，活性炭在不同的磷浓度水平下显示出高效率。磷的吸附通常取决于活性炭表面上可用的金​​属阳离子的数量和类型，因为活性炭对磷吸附的主要机理通常是通过化学沉淀。增加活性炭吸附能力的一种方法是通过各种方法改性吸附剂，所以经过多方面测试发现活性炭可以去除废水中的磷并且效果比较好。

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