活性炭国家专精特新“小巨人”企业活性炭产学研合作

　　活性炭吸附微塑料的介绍

　　活性炭通过其多孔结构和大的表面面积，通过吸附过程有效去除水中微塑料。这种方法在废水和饮用水处理中表现出色，尤其对小型微塑料的去除效果显著。研究表明，颗粒活性炭过滤的去除效率在56.8-60.9%之间，主要通过静电相互作用等机制工作。然而，其应用面临成本高和再生困难等挑战，未来可能需要创新来提升可扩展性。

　　详细报告

　　活性炭吸附微塑料是当前水处理领域的重要研究方向，特别是在应对微塑料污染的全球性挑战中。本报告将详细探讨微塑料的定义、活性炭的吸附机制、去除效率、以及面临的挑战与未来发展方向，旨在为读者提供全面的科学理解。

　　微塑料的定义与环境影响

　　微塑料是指尺寸小于5毫米的塑料颗粒，根据研究，其来源包括纺织纤维、化妆品中的微珠，以及更大塑料制品的降解(如包装材料)。2020年，全球塑料生产量已达3.67亿吨，预计2050年将增至120亿吨，而回收率仅约9%，导致大量微塑料通过河流和海洋扩散。微塑料对水生生态系统构成威胁，可能被鱼类和其他生物摄入，最终进入食物链，对人类健康产生潜在风险。因此，开发有效的微塑料水处理技术至关重要。

　　活性炭的吸附过程与机制

　　活性炭是一种经过特殊处理的碳材料，具有高度多孔的结构和大的比表面积，使其适合用于活性炭吸附过程。研究表明，其去除微塑料的主要机制包括静电相互作用、范德华力等，尤其对聚苯乙烯纳米塑料效果显著。在纯水中，带正电的纳米塑料与带负电的活性炭表面发生静电吸附，实验显示最大吸附容量可达2.20毫克/克，遵循朗缪尔等温模型，表明单分子层吸附为主。在天然水中，如一些湖水，溶解有机物(DOM)和二价阳离子(如钙、镁)可改变微塑料表面电荷，促进其聚集，从而提升吸附容量至6.33毫克/克，吸附动力学符合伪二级动力学模型，显示颗粒内部扩散并非唯一控制步骤。

　　颗粒活性炭在饮用水处理中的应用尤为突出，其过滤过程可显著降低微塑料丰度。研究表明，活性炭过滤的去除效率为56.8-60.9%，主要针对小型微塑料(小于一定尺寸)，而凝结沉降结合使用可进一步提升整体去除率至40.5-54.5%，尤其对纤维状微塑料有效。

　　挑战与局限性

　　尽管活性炭在微塑料去除中表现出色，其应用仍面临多方面挑战。根据文献综述，活性炭相较于生物炭成本更高，生产过程能耗大，且再生过程(如加热或清洗)较为复杂，可能导致二次污染或效率下降。此外，标准化测试方法缺乏、吸附性能的变异性(如表面化学性质和孔隙结构差异)也增加了实际应用难度。研究指出，未来需开发更经济的生产方法，优化生物炭制备，并探索表面改性技术以提升吸附效率。例如，复合材料如磁性海绵碳或石墨烯氧化物海绵已被提出，可同时去除微塑料和其他污染物，但其大规模应用仍需进一步验证。

　　应用场景与未来展望

　　活性炭过滤可在饮用水处理厂(DWTPs)和废水处理厂中使用，适用于入水口(半集中式处理)或使用点(如家庭/社区过滤器)。其易于安装，但需定期更换滤料，成本较高，尤其在资源有限的地区可能不具经济可行性。未来研究应聚焦于降低成本、提高再生效率，并整合先进吸附剂至现有水处理系统，以提升微塑料去除的整体效果。此外，政策干预如减少塑料废物和禁止某些塑料制品的使用，也需与技术手段结合，以全面应对微塑料污染问题。

　　活性炭吸附是去除水中微塑料的有效方法，其去除效率和吸附容量在科学研究中已得到验证，但成本高、再生困难等挑战限制了其广泛应用。通过持续创新和技术优化，活性炭在未来微塑料水处理中仍具潜力，为保护水质和减少塑料污染贡献力量。

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