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活性炭在环境工程中的应用

发布时间:2020-06-17点击:

木炭是早期人们发现的具有吸附能力的一种碳物质,而在随后的实践中,人们发现各种人工制作的碳也具有较强的吸附能力,由于碳具有较强的稳定性,而且结构紧密,所以在战时都应用于做防毒面具,而如今,人们发现活性炭的吸附能力更加的突出,其对于水以及废气的吸附效果更加的理想,由于活性炭所具有的这一特性,使得其在环境工程中得到了广泛的应用。下面本文就针对活性炭在环境工程中的应用进行更为深入的探究。

一、活性炭性质及特点

活性炭的孔隙较多,而且面积较大,吸附能力也较强,其主要的构成元素就是碳元素。而在活性炭中,官能团主要包括羧基、酚羧基以及醚、酯等,活性炭本身所具有的性质受到各种因素的影响,例如制备所需要的原料以及各种活化剂等,采用不同的制备方式就能够制备出不同物理结构以及化学性质的活性炭,由于化学性质以及物理结构的不同,则活性炭的吸附能力也会有所不同。通常来说,活性炭主要是采用磷酸法的方式来进行制备,这样的制备方法会使得活性炭具备较强的离子交换能力,而采用碱法来对活性炭进行制备,则活性炭的微孔较为发达。

而活性炭所具有的特点来说,其较大的特点就是具备吸附能力,而活性炭的吸附能力也被分为物理吸附以及化学吸附两种。物理吸附的能力主要集中在活性炭微孔中,其对热能的吸附能力较弱,并且具有一定的可逆性质。另外,化学吸附就是针对表面并不光滑的活性炭,利用多余的成键能力进行原子的吸附,使得原子间的电子出现交换的情况,这样就可以形成化学吸附。

二、活性炭在水处理方面的应用

活性炭在各个领域中都能够应用,而在环境工程领域中,也应该能够被广泛的进行利用,活性炭拥有的吸附能力较为突出,因此受到了各界人士的青睐。尤其是在近年来,人们环保意识的提升,也使得环境工程中,开始大量的应用活性炭,以期能够利用活性炭的吸附能力,达到净化环境的目的。而活性炭在水处理方法有着实际的应用效果,具体表现在以下几个方面:

1、活性炭对水中重金属离子的吸附

我国重工业较多,这些重工业在生产的过程中,会大量的排放出废水,从而使得周边的水域被污染,对环境造成了严重的破坏。而活性炭具有明显的化学性质以及物理性质,能对重工业生产排放的废水中的重金属离子进行有效的吸附。在进行电镀的过程中,往往会产生到二价铬金属元素,这一元素在融合到水中后,其水使得废水中的pH值出现严重的变化,利用活性炭,就能够很好的对铬这一金属元素进行合理的吸附,这是因为活性炭本身的微孔较多,而且表面积较大,能够凭借其较强的物理吸附能力,对废水中的铬元素进行吸附。

然而,在前期研究表明活性炭对以阴离子存在的重金属吸附效果不佳,对于这种以阴离子存在的吸附质,需要对活性炭表面进行修饰,比如借助活性炭巨大的比表面积,在其表面上负载铁或者其他的正价金属,通过对Cr产生化学吸附作用。达到去除水中微量Cr的目的。改性后的活性炭可以用于处理电镀废水中的Cr,且吸附后的水可达到国家排放标准。结果表明,活性炭纤维对水中三种重金属离子都具有良好的吸附性能,且吸附后的吸附剂易于再生,可重复利用,是去除水中离子态重金属的优良吸附剂。

2、对水中有机物的吸附

活性炭对水中有机污染物有良好的吸附能力。如酚类化合物、苯类化合物、石油及石油产品等具有较强的吸附能力,而且对用生物法和其它化学法难以去除的有机污染物,除草剂、杀虫剂、农药、如异臭、亚甲蓝表面活性物质、合成染料、胺类化合物、合成洗涤剂及许多人工合成的有机化合物等都有较好的去除效果。吸附效果好,且没有副产物的生成,克服了生物和化学方法处理化可能会产生更有毒性副产物的这一弱点。所以活性炭一般过滤作为后处理。

三、气体污染防治

1、室内空气污染的防治

人们的日常生活,如居室、厨房、厕所以及公共场所等,由于人们的生活活动,都会给自己的生活小环境的空气带来一定程度的污染。采用活性炭吸附过滤法较为合适,通常是用活性炭过滤和空调、换气设备联用的方法。建议研制吸附性能好、流体阻力小的活性炭制品,嵌装在空调或换气设备的气体入口位置,可能会收到理想效果,如能加上定期更换的服务定会大受欢迎。

2、烟气脱硫

煤和石油的使用都造成硫的排放,由其引起的全球的硫污染已经成为大气污染防治的一个重要内容。我国70%的能源来自燃煤,硫已经成为我国大气污染的主要污染源。据国家有关部门的统计,我国绝大部分大中城市和近三分之一的国土都受到酸雨的危害,有个别城市酸雨的pH已达到4。防治酸雨已成为我国环境保护的紧迫内容。

烟气脱硫目前有3种技术路线:石灰乳中和、高压电场氧化和活性炭脱硫。3种方法各有利弊,石灰乳中和法具有上马快、易操作的优点,但生成物为亚石膏,二次处理只能掺入做水泥,硫元素没有很好利用;高压电场法具有设备简单、硫利用好,这是近年来才研究成功的方法,所得稀硫酸加氨水中和生成硫酸铵作为肥料,但硫化氢脱除有一定困难;活性炭脱硫国内外均比较成熟,而且可以脱除SO2、H2S和有机硫。国外大型烟气脱硫和国内化肥厂的合成气脱硫大多采用活性炭脱硫工艺。有研究表明:活性炭脱硫率与活性炭表面含氧基团有关,主要与“=C=O”(烯酮基)有关。

3、汽车尾气污染防治

研究表明:汽车已经成为城市空气的重要污染源之一,据测定,汽车燃油挥发物造成的污染占汽车总污染的30%-40%,占尾气排气污染的60%-70%。燃油挥发物和排气中的碳氢化合物在紫外线照射下会造成光烟雾污染。此外燃油的挥发既浪费了能源,也给司机和乘客带来了不愉快的气味。发达国家,如美、日、西欧各国早在20世纪70年代就用活性炭吸附的燃油蒸发控制装置(ELCD)来解决这一问题。我国近年来也正在进行这方面的研究开发。

四、结语

综上所述,活性炭在环境工程中有着明显的应用价值,其能够对各种废气和水进行有效吸附,有助于消除污染,从而改善周边环境。随着人们对环保观念逐渐提升的同时,合理的应用活性炭,可以使得环境工程进一步取得发展。但是活性炭生产所需的成本也是一笔较大的投入,这一问题需要严格的注意,未来也需要进一步的对相关的生产技术进行改进,以实现活性炭在环境工程中的合理应用。