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活性炭改性方法及其在水处理中的应用

发布时间:2020-11-30点击:

摘要:活性炭是用生物有机物质(包括煤、石油和沥青等在内)经过炭化、活化等过程制成的一种无定形炭。它具有多孔结构、巨大的比表面积、吸附容量大、速度快、饱和可再生等特点,能够有效地去除水中的臭味、天然和合成溶解的有机物、微污染物以及一些大气中的污染气体等,但是普通活性炭比表面积小、孔径分布不均匀和吸附选择性能差,故普通活性炭需要进一步的改性,满足实验和工程需要。现在常采用工艺控制和后处理技术对活性炭的孔隙结构进行调整,对表面化学性质进行改性,进而提高其吸附性能。

活性炭改性方法及其在水处理中的应用

活性炭是一种吸附性很强的环境友好型吸附剂,有很好的吸附性能和催化性能。活性炭的原料来源广泛并且具有很高的安全性和稳定性,具有耐酸碱、耐热、易再生等特点。实践表明,活性炭对水中溶解的有机溶剂有很好的吸附性能,对水质浑浊有明显的澄清作用,并且能够去除水中的异味、臭味等,还能够过滤水中的微生物,因此在水处理行业中有着非常广泛的应用。波涛活性炭厂家就活性炭的改性方法和其在水处理方面的应用进行了简述,旨在为活性炭及其改性产物在水处理行业中的应用提供一定参考。

1、活性炭的改性方法

1.1 表面氧化改性

表面氧化改性是通过氧化剂对活性炭进行处理,从而使活性炭表面的官能团发生氧化,提高含氧的官能团(羧基、酚羟基、酯基等)数量,增强活性炭的亲水性能,即极性,增强对极性物质的吸附能力的改性方法,常用的氧化剂主要是双氧水、硝酸、臭氧、高氯酸等。其中硝酸的氧化性较强,能够产生许多的酸性基团,其他氧化剂则相对温和,可以用于调整活性炭的表面酸性。氧化改性后的活性炭材料表面几何形状更加均匀,并且使用不同的氧化剂能够得到含阳官能团数量和极性不同的活性炭材料,其中,酸性含氧官能团含量的多少与氧化程度有很大的关系。

1.2 活性炭表面化学性质的改性方法

活性炭表面化学性质的改变主要是通过一定的方法改变活性炭表面的官能团以及表面负载的离子和化合物,从而改变其表面的化学性质达到活性炭的吸附能力的提高。活性炭表面化学性质改性方法可分为:表面氧化法、表面还原法、负载原子和化合物法、酸碱法等。在改性过程中常常联合不同的改性方法对活性炭进行改性,从而达到更好的改性效果。

1.2.1 表面氧化法

活性炭在适当条件下经过氧化剂进行表面处理,以提高酸性基团的含量,可以增强对极性物质的吸附能力。氧化剂不同,改性后表面所含官能团的种类和数量也不同,一股氧化程度越高,含氧官能团越多。

常用的氧化剂有:HNO3、HClO、H2SO4、Cl2、H2O2、(NH4)S2O8等。

1.2.2 表面还原法

活性炭表面在适当温度下通过用还原剂对表面官能团进行还原改性,提高碱性基团的相对含量,增强表面的非极性,从而提高活性炭对非极性物质的吸附能力。常用的还原改性方法是通过H2和N2等惰性气体对活性炭进行的高温处理得到含量较多碱性基团和在NO3·H2O水中的浸渍处理得到含量丰富的含氮官能团。

1.2.3 负载原子和化合物法

负载原子和化合物法主要是根据活性炭的具有吸附性和还原性,把活性炭浸渍在一定的溶液中,通过液相沉积的方法在活性炭表面引入特定的原子和化合物,把金属离子进入到活性炭表面,主要是利用活性炭的还原性,将金属离子还原成单质或低价态的离子。负载原子和化合物法是利用负载在活性炭上的原子和化合物与吸附质之间的结合作用从而增强活性炭的吸附能力。常用的浸渍液有:Cu(NO3)2、CuCl2、Na2CO3、FeSO4、FeCl3等水溶液。

2、改性活性炭在水处理中的应用

2.1 去除水中有机物

Maruyama等报道了用载有铂的各种活性炭在氧化还原过程中,可以达到增强有机酸吸附作用的效果;潘红艳等采用不同浸渍液对活性炭进行改性,研究了去对苯酚的吸附,结果表明浸溃液改变了活性炭的脱附活化能,从而影响了吸附效果。李晶等也用不同浸渍液对活性炭进行改性,研究了去对苯的吸附,结果也表明了改性后脱附活化能的改变。同时采用不同的改性方法对活性炭进行改性,往往能够达到更好的去除效果。

2.2 去除水中重金属及重金属离子

改性活性炭既可对水体中的无机污染物(如重金属离子等)予以去除,又可对水体中的有机物予以去除(吸附作用机理)。通常而言,若引入氨基、羟基和羧基官能团到粉状活性炭的表面,那么所得的吸附材料性能更佳,能够更好地对污水中的重金属离子进行吸附。有学者对改性活性炭的吸附性能进行了实验研究,将活性炭与HNO3溶液(溶液浓度为13.2mol·L-1)以4:1的比例来进行混合,回流1h(回流温度为100℃)之后,改变煤质活性炭的性质。研究结果表明:这种方法能够将活性炭对于Pb2+离子的吸附量明显提高,改性前后的饱和吸附量相差巨大,可以达到105倍。有学者在沸腾温度下,将活性炭与HNO3溶液(溶液浓度为13.2mol.L-1)以1:1的比例来进行混合、氧化改性,然后再进行加热处理(加热温度为300-400℃),得出改性活性炭,这种改性活性炭的离子交换能力较强、阳离子交换容量较高,尤其是能够很好地吸附交换Cr(Ⅲ)。有学者对活性炭用二乙基二硫代氨基甲酸钠和四丁基铵来进行化合物改性、负载原子改性,以便能够将电镀废水中的锌元素、铬元素、铜元素等全部去掉。吸附气体类无机物的活性炭常采用负载原子和化合物法或微波进行改性。

结语:

总之,改性活性炭能够较好地吸附水体中的石油产品、酚类化合物、苯类化合物等有机污染物,而且还能够有效地去除掉人工有机化合物、合成染料、亚甲基蓝表面活性物质、杀虫剂、除草剂等其他方法难以去除的有机污染物,值得推广应用。