活性炭国家专精特新“小巨人”企业活性炭产学研合作

　　为了改善大分子污染物的吸附，促进微生物的生长，用于生物废水处理或后续处理的活性炭需要大量的中孔和良好的亲生物能力。我们使用多种方法把原材料活化生成亲生中孔活性炭，采用静态吸附法研究了活性炭的吸附特性。通过傅立叶变换红外光谱(FT-IR)检查表面官能团，发现所制备的活性炭的表面含有羟基，羰基和甲氧基。基于X射线衍射谱(XRD)和三维荧光光谱的分析表明，所制备的活性炭具有较小的微晶直径和微晶厚度以及增强的反应性，表现出增强的吸附性能。

　　在水中COD和BOD残留浓度高的生化过程后，仍然没有经济适用的处理方法来处理废水。特别是垃圾渗滤液中含有高浓度的COD和NH3-N，导致废水中C：N：P的严重不平衡比。因此，废水难以进一步生物降解。此外，生化处理后的垃圾渗滤液中还含有大量的环烷烃，酯类，羧酸，苯酚等有毒物质。因此，需要开发一种效果好，稳定，先进的废水处理技术。

　　活性炭在低浓度和难降解有机废水中具有很大的优势。活性炭的优点包括以下几个方面。

　　活性炭的吸附功能：有机物富含碳颗粒，增加有机物和微生物的接触时间，为微生物驯化提供了有利条件，从而可以去除耐火材料。活性炭的吸附增加了碳颗粒周围的有机物浓度，有利于生物降解。具有裂缝和蜂窝坑的粗糙表面为优势细菌提供居住区域以避免流体剪切应力。具有强吸附能力的活性炭可以吸收溶解的有机物。这些有机物为细菌提供食物。强烈的微生物活动加速了有机物的去除。即使在有机物含量低的情况下，由于碳表面的积累，微生物仍然活跃地生长并且不断地分解有机物质。然后流出物中有机物的浓度降低。活性炭降低了有害物质对水中微生物的影响。这主要是因为粘附微生物可以抵抗可生物降解的有机化合物的危害。具有多孔结构的活性炭具有亲水表面基团。使用农业废物为原料制成的活性炭是一种廉价的吸附剂。

　　活性炭处理垃圾渗滤液出水的研究

　　活性炭反应器工艺流程图如图1所示。活性炭池由有机玻璃制成，有机玻璃是柱式反应器。活性炭池高度为2米。内径为63毫米。填充高度为1800毫米。碳层高度为1500毫米。砂滤器高度为300毫米。反应体积为4.7 L.有5个水取样口和碳池。底部有曝气器，碳池顶部有溢流堰。水质分析指标为紫外分光光度法和紫外分光光度计。

　　图1：活性炭反应器。

　　活性炭的微观结构

　　使用TEM观察活性炭的微观结构(图2)。透射电镜显示活性炭具有丰富的介孔和少量大孔。所开发的活性炭孔结构可用于附着微生物。

　　图2：活性炭的TEM图像。

　　活性炭的孔径分布

　　图3显示了中孔活性炭和商业活性炭的N2吸附-解吸等温线和孔径分布曲线。如图3所示，根据分析活性炭的吸附特性，发现它具有I型吸附等温线的特征。活性炭的孔结构为介孔，为2.0 nm~4.0 nm。中孔率达到68.9%，这种孔结构有利于微生物营养基质和微生物的生长。

　　图3：活性炭和商业活性炭的N2吸附-解吸等温线(a)和孔径分布曲线(b)。

　　活性炭的吸附性能

　　图4是活性炭和商业活性炭的静态吸附曲线。活性炭的用量为0.2g，生化水的体积为50mL。图5是吸收废水后活性炭的TEM照片。

　　图4：活性炭的吸附性质。

　　图5：吸附有机物后活性炭的TEM图像。

　　根据图4，活性炭表现出良好的吸附生化水的性质。UV254和TOC的浓度具有类似的变化趋势。UV254和TOC的去除效率分别为63.0%和59.7%。商业活性炭的吸附性能较弱。UV254和TOC的去除率仅为52.9%和24.8%。商业活性炭的孔体积小于活性炭的孔体积。图4中活性炭的UV254去除曲线分为两个阶段，它们分别对应于膜扩散和粒子扩散。

　　根据图5中的TEM照片，活性炭的孔隙结构中充满了有机物的含量，这意味着活性炭的孔隙可以很好地吸收渗滤液尾水中的污染物。

　　通过对原料特性的分析，本研究提出了一种创新思路，即原料的天然孔结构有利于活性炭的形成。所制备的活性炭的产率为50.9%具有羟基，羰基，甲氧基和内酯亲水性官能团。活性炭的基质趋势明显，由于微晶尺寸和微晶厚度小，活性炭表现出增强的反应性。静态吸附实验表明，活性炭对渗滤液生化尾水具有良好的吸附作用。已经使用三维荧光光谱来跟踪吸附过程。活性炭在垃圾渗滤液生化水中表现出增强的富里酸吸附能力。该研究对控制水污染，改善区域水质具有深远的积极影响。

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