活性炭概述及活性炭吸附法在废水处理中的广泛应用 6页

活性炭概述及活性炭吸附法在废水处理中的广泛应用09级化学系一班20420092201346张一楠摘要：针对工业排放的含冇铬锌镍等金属离子的废水污染状况，系统介绍了活性炭吸附法在废水处理中的广泛应用。结果表明：活性炭对水中微量有机污染物K有卓越的吸附性，它对纺织印染、染料化工、食品加工和有机化工等工业废水都有良好的吸附效果。一般情况下，对废水中以BOD、C0D等综合指标表示的有机物，如合成染料、表面性剂、酚类、苯类、冇机氯、农药和石油化工产品等，都冇独特的去除能力。活性炭吸附法已逐少成为工、Ik废水二级或三级处理的主要方法之一。关键词：工业废水活性炭吸附法物理和化学吸附功能应川一：前言裾统计，我国每年排出的工业殷水约为8X108m3,其屮不仅含科氰化物等剧毒成分，而且含有铬、锌、镍等金属离子。废水的处理方法很多，主要有化学沉淀法、电解法和膜处理法等[1],木文介绍的是活性炭吸附法。活性炭的表而积巨人，科很高的物理吸附和化学吸附功能。因此活性炭吸附法被广泛应用在废水处理巾。而且具有效率高，效果好等特点。活性炭足一种经特殊处理的炭，具有无数细小孔隙，表面积巨火，每克活性炭的表面积为500-1500平方米。活性炭是一种非常优良的吸附剂，它是利用木炭、竹炭、各种果壳和优质煤等作为原料，通过物理和化学方法对原料进行破碎、过筛、催化剂活化、漂洗、烘干和筛选等—系列工序加工制造而成。同时，活性炭能与多种化学物质结介，从而阻止这些物质的吸收。它具冇物理吸附和化学吸附的双重特性，可以有选择的吸附气相、液相屮的各种物质，以达到脱色精制、消毒除臭和去污提纯等0的，而且还具有解毒作川。解毒作川就足利川了其巨大的面积，将毒物吸附在活性炭的微孔屮，从而阻止毒物的吸收。检验标准可按照中国国标GB，或按照其他国家标准，如：美国ASTM,円本J1S，徳国D1N标准等。活性炭的吸附除了物理吸附，还有化学吸附。活性炭的吸附性既取决于孔隙结构，又取决于化学组成。活性炭不仅含碳，而且含少S的化学结合、功能团开工的氧和氢，例如羰菽、羧葙、酚类、A酯类、醌类、醚类。这些表而上含冇的氧化物和络合物，冇些来自原料的衍生物，冇些是在活化时、活化后由空气或水蒸气的作用而生成。冇时还会生成表面硫化物和氯化物。在活化中原料所含矿物质巢中到活性炭里成为灰分，灰分的主要成分是碱金属和碱土金属的盐类，如碳酸盐和磷酸盐等。这些灰分含景可经水洗或酸洗的处理而降低。1.活性炭的分类由于原料來源、制造方法、外观形状和应川场合不同，活性炭的种类很多，到Hn前为止尚无精确的统计材料，人约奋上千个品种。（1）按原料来源分1.木质'活性炭2.兽骨、血炭3.矿物质原料活忡炭4.其它原料的活性炭5.再生活性炭（2）按制造方法分1.化学法活性炭（化学炭）2.物理法活性炭3.化学-物理法或物理-化学法活性炭（3）按外观形状分1.粉状活性炭2.颗粒活性炭3.不定型颗料活忡炭4.圆柱形活性炭5.球形活性炭6.其它形状的活性炭（4）按孔径分1.人孔半径＞20OOOnm2.过渡孔半径150〜20OOOnm3.微孔半径＜150nm活性炭的表面积主要是由微孔提供的。总结：在生产中应用的活性炭种类有很多。一般制成粉末状或颗粒状。粉末状的活忡炭吸附能力强，制备容易，价格较低，但冉生困难，一般不能重复使用。颗粒状的活性炭价格较贵，但对再生后重a使用，并n.使用时的劳动条件较好，操作管理方便。因此在水处理屮较多采川颗粒状活性炭iij.1.活性炭吸附原理活性炭是一种很细小的炭粒，奋很人的表面积，而且炭粒屮还奋更细小的孔——毛细管。这种毛细管具有很强的吸附能力，由于炭粒的表而积很大，所以能与气体（杂质）充分接触。当这些气体（杂质）碰到毛细管被吸附，起净化作川。活性炭吸附是指利用活性炭的固体表而对水中的一种或多种物质的吸附作用，以达到净化水质的!的。吸附是一种物质附着在另一种物质表而上的过程。吸附是一种界而现象，其勾表而张力、表面能的变化奋关。引起吸附的推动能力奋两种，一种是溶剂水对疏水物质的排斥力，另一种是固体对溶质的亲和吸引力。废水处理中的吸附，多数是这W种力综合作用的结果。n活性炭的比表而积和孔隙结构直接影响其吸附能力，在选择活性炭时，皮根据殷水的水质通过试验确定。此外，灰分对活性炭的选择也柯影响，灰分愈小，吸附性能愈好；吸附质分子的人小与炭孔隙直径愈接近，愈容易被吸附；吸附质浓度对活性炭吸附呈也有影响。在一定浓度范ra内，吸附餅是随吸附质浓度的增人而增加的。另外，水温和pH值也有影响。吸附M随水温的升高而减少，随pH值的降低而增人。故低水温、低pH位有利于活性炭的吸附活性炭吸附法是指活性炭吸附技术在国用于医药、化工和食品等工业的精制和脱色己有多年历史。70年代开始用于工业废水处理。生产实践表明，活性炭对水中微量有机污染物具有卓越的吸附性，它对纺织印染、染料化工、食品加工和有机化工等工业殷水都有良好的吸附效果。一般情况下，对坺水屮以BOD、COD等综合指标表示的有机物，如合成染料、表而性剂、酚类、苯类、有机氯、农药和石汕化工产品等，都柯独特的去除能力。所以，活性炭吸附法已逐少成为工业殷水二级或三级处理的主要方法之O1.影响活性炭吸附的因素(1)活性炭吸附剂的性质其表而积越大，吸附能力就越强；活性炭是非极性分子，易于吸附非极性或极性很低的吸附质；活性炭吸附剂颗粒的大小，细孔的构造和分布情况以及表面化学性质等对吸附也有很大的影响。(2)吸附质的性质取决于其溶解度、表面自由能、极性、吸附质分子的大小和不饱和度、附质的浓度等。(3)废水PH值活性炭一般在酸性溶液中比在碱性溶液中冇较高的吸附率。PH值会对吸附质在水中存在的状态及溶解度等产生影响，从而影响吸附效果。(4)共存物质井存多种吸附质时，活性炭对某种吸附质的吸附能力比只含该种吸附质时的吸附能力差。(5)温度温度对活性炭的吸附影响较小。(6)接触时间应保证活性炭与吸附质奋一定的接触时间，使吸附接近乎衡，充分利川吸附能力。吸附能力和吸附速度是衡量吸附过程的主耍指标［21.吸附能力的大小是用吸附量来衡量的。而吸附速度是指单位重a吸附剂在单位时间内所吸附的物质e。在水处理中，吸附速度决定了污水需耍和吸附剂接触时间。总结：活性炭的吸附能力与活性炭的孔隙大小和结构有关。一般来说，颗粒越小，孔隙扩散速度越快，活性炭的吸附能力就越强。污水的pH值和温度对活性炭的吸附也有影响。活性炭一般在酸性条件卞比在碱性条件下n柯较高的吸附朵『21.吸附反疢通常是放热反应，因此温度低对吸附反皮科利。当然，活性炭的吸附能力与污水浓度冇关。在一定的温度下，活性炭的吸附S随被吸附物质平衡浓度的提W而提商。三、活性炭在污水处理中的应用很多工业废水很难或不能采川牛.化处理，采川其他方法时，有的不能达到排放标准，或运行赀用较高，或操作较麻烦等，例如冇毒的冇机化合物和某些金属及其化合物等。工程实践表明，活性炭对这些物质奋很强的吸附能力。但是由于活性炭对水的预处理要求高，而且活性炭的价格昂贵，因此在废水处理中，活性炭主要川来去除废水屮的微景污染物，以达到深度净化的0的。1.活性炭处理含铬废水铬足电镀屮川景较人的一种金属原料，在废水屮六价铬随pH值的不同分别以不同的形式存在。活性炭有非常发达的微孔结构和较岛的比表面积，具宥极强的物理吸附能力，能奋效地吸附废水中的Cr(VI).活性炭的表Iftf存在大fi的含氧葙团如羟葙(-0H)、羧难(-COOH)等，它们都奋静电吸附功能，对Cr(VI)产生化学吸附作川。完全可以川于处理电镀废水屮的Cr(VI),吸附后的废水可达到国家排放标准［4］.试验表明：溶液屮0(VI)质量浓度为50mg/L，pH=3,吸附吋间1.5h吋，活性炭的吸附性能和Cr(VI)的去除率均达到敁佳效果［5］.因此，利川活性炭处现含铬废水的过程足活性炭对溶液屮Cr(VI)的物理吸附、化学吸附、化学还原等综合作用的结果。活性炭处理含铬废水，吸附性能稳定，处理效率高，操作费川低，有一定的社会效益和经济效益。2.活性炭处理含氰废水在工业牛.产屮，金银的湿法提取、化学纤维的生产、炼焦、合成氨、电镀、煤气生产等行业均使用铽化物或副产铽化物［6］，因而在生产过程中必然要排放一定数fi的含铽废水。活性炭川于净化废水已有相当长的历史，应川于处现含氰废水的文献报道也越來越多［7］.但由于CN_、HCN在活性炭上的吸附容S小，一般为3mgCN/gAC〜8mgCN/gAC(因品种而异)［6］，在处理成本上不合算。3.活性炭处理含汞废水活性炭有吸附汞和含汞化合物的性能，但吸附能力有限，以适宜于处理含汞量低的废水。如果含汞的浓度较高，可以先用化学沉淀法处理，处理沿含汞约lmg/L，高时可达2-3mg/L,然后再川活性炭做进一步的处理。4.活性炭处理含酚废水含酚废水广泛来源于石油化丄厂、树脂厂、焦化厂和炼汕化丄厂。经实验证明：活性炭对苯酚的吸附性能好，温度升商不利于吸附，使吸附矜景减小；似升商温度达到吸附〒衡的n时间缩短。活性炭的用量和吸附时间存在最佳伉，在酸性和中性条件下，去除率变化不大；强碱性条件K,苯酚去除率急剧卜*降，碱性越强，吸附效果越差。1.活性炭处理含甲醇废水活性炭可以吸附甲醇，怛吸附能力不强，只适宜于处理含甲醇量低的废水。工程运行结果表明，川'将混合液的COD从40mg/L降至12mg/L以下，对甲醇的上•除率达到93.16%〜100%,其出水水质可以满足回用到锅炉脱盐水系统进水的水质要求[9J.2.炼油厂的深度处理炼汕厂含汕废水，经隔汕，气浮和生物处理后，在经砂滤和活性炭过滤深度处理。废水的含酚量从0.1mg/L（经生物处理后）降至（）.005mg/L，氰从0.19mg/L降至0.048mg/L，COD从85mg/L降至18mg/L.!1!随着科学技术的进步和废水处理的特殊要求，活性炭的研究从本廚的孔结构和比表面积逐步发展到研究表淅官能团对活性炭吸附性能的影响。活性炭的表面积研究足非常重要的，活性炭的比表面积检测数据只有采川BET方法检测出来的结果才是真实可靠的，国AH前冇很多仪器只能做直接对比法的检测，现在国内也被淘汰了。0前国内外比表面积测试统一采川多点BET法，国内外制定出來的比表谢积测定标准都是以BET测试方法为葙础的。表面官能团对活性炭吸附性能的影响则成为近年來-个新的研究方向。例如，活性炭纤维（简称ACF）近年来在处理废水方ifii受到了科研工作者的重视，它的直径-•般为5-20Pm,其制备原理与传统的活性炭制备相同，即将纤维状碳在800°C以上川水蒸气或二氧化碳活化处理。纤维状活性炭的孔隙结构以微孔为主，中孔很少，儿乎没冇大孔，比表面积可达2500m2/g.具有吸附和脱附速率决，吸附界量人，导电性高等特点。实验表明，ACF对苯酚的吸附容g为248mg/g,吸附饱和后经多次再生吸附容fi儿乎不变，吸附性能比活性炭好。室温吋，在酸性或中性条件下，向100mL浓度为282mg/L的含酚模拟疲水投加活性炭纤维0.5g,恒温振荡30min，苯酚去除率可达91%[8].最近，人们发现活性炭不仅脊吸附特性，同吋表现出催化特性，由此而发展起來的催化氧化法U益受到重视，K研究也在不断深化。为了提高处理效率，从研究催化氧化机理出发，改变活性炭的表面结构[9],提岛活性炭的能力，寻找理想的吸附剂。五、结语当前中国使用活性炭吸附法处理废水的方法处于初始发展阶段。一些有关的理论和技术还不够成熟。而且，在我国，n前活性炭的供应比较紧张，冉生设备少，再生费用高，限制了活性炭的广泛使用。不mi应川需要不同功能的活性炭。原有的活性炭产品不能满足新的要求，因而不断开发新的活性炭产品就显得十分秉要。所以，它需要专业工作者的积极参与和政府的鼎力文持，采取多学科交叉与融合的研究方法，使活性炭处理殷水技术A着更加科学n美好的方向发展。参考文献[11高廷耀、顾国维，水污染控制丄程下册(第二版)，高等教育岀版社，1999.[2]黄瑞光，21世纪电镀废水的发展趋势[J],电镀与精饰，2002,24(3):1〜2.[31刘培桐等，环境学概论，商等教竹出版社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