活性炭改性方法及其在水处理中的应用

1、活性炭改性方法及其在水处理中的应用欢宝学习小组01活性炭改性方法02在水处理中的应用Contents目录#1#2活性炭简介活性炭改性方法目 录1活性炭简介活性炭作为一种环境友好型吸附剂，具有较强的吸附性和催化性能，不仅对难除去的有机污染物有较强的吸附作用，而且活性炭对电镀废水和冶炼工业废水中的重金属也有较强的吸附能力；对水质浑浊有明显的澄清作用，可以除去水中的异臭、异味，对细菌也有极好的过滤作用。因此，活性炭在水处理中越来越受到重视。但是，由于普通活性炭的种种劣势，所以，有必要对其结构和性质进行改性，以增大其吸附能力，缓解水污染压力。图1：GAC0电镜扫描2000倍照片右图所示的为活性炭的表面

2、结构，微孔数量巨大，大多处表面光泽一致，表示活性炭表面无明显的负载物质。图2：GAC1电镜扫描1000倍照片经HNO3处理的表面微孔结构遭到破坏和微孔结构的坍塌，过度孔隙增多，主要表现为吸附能明显降低改性0105表面物理结构特性改性Part 10608表面化学性质的改性Part 2活性炭的比表面积1234孔径分布 微孔体积和结构决定了活性炭的物理吸附活性炭的表面物理结构特性01表面物理结构特性改性Lorem ipsum dolor sit amet活性炭的表面物理结构特性改性就是指在活性炭材料的制备过程中通过物理或者化学的方法来增加活性炭材料的比表面积、调整活性炭的孔隙结构及其分布，使活性炭材

3、料的吸附表面结构发生改变，从而改变活性炭材料的物理吸附性能。孔隙调整的目的就是使活性炭的微孔尺寸与吸附分子尺寸相当，从而提高其吸附能力。可以通过控制轻度活化程度来开孔和扩孔；缩孔则可以采用热收缩法、浸渍覆盖法和气相热解堵孔法等方法。为了使孔隙结构更加丰富，孔径分布更加均匀，在活化过程中可以加入一些化学活化剂。常用的活化剂有碱金属、碱土金属 的氢氧化物、无机盐类以及一些酸类，目前较成熟的化学活化剂有 KOH 、NaOH、ZnC12和 H3PO45-6等，其中以KOH作为活化剂制得的活性炭性能最优异。采用KOH对普通的煤焦活性炭进行改性，制得了比表面积高达 38861TIzg 的超级活性炭，大大提

4、高了活性炭的吸附能力。控制活化剂的种类及用量，可以灵活的控制活性炭的吸附特性。表面化学性质的改性n活性炭的表面化学性质主要由表面的化学官能团、表面杂原子和氧化物决定，其决定了活性炭的化学吸附。活性炭的表面化学官能团有含氧官能团和含氮官能团，含氧官能团又分为酸性含氧官能团和碱性含氧官能团。酸性含氧官能团使活性炭具有极性的性质。因此，仅限于吸附极性较强的化合物。而碱性含氧官能团易吸附极性较弱或非极性物质。n活性炭表面化学性质的不同对活性炭的酸碱性、润湿性、吸附选择性、催化特性等都会产生很大的影响。活性炭的表面化学性质改性就是指通过一定的方法改变活性炭吸附表面的官能团及其周边氛围的构造，控制其亲水疏

5、水性能以及与金属或金属氧化物的结合能力，使其成为特定吸附过程中的活性点，从而可以控制其亲水疏水性能以及与金属或金属氧化物的结合能力。活性炭吸附表面化学性质的改性可以通过表面氧化改性、表面还原改性、 负载金属及化合物改性、低温等离子体改性、酸碱改 性等进行。改性过程中常常将不同的改性方法结合 起来对活性炭进行改性，从而达到更好的改性效果。表面化学性质的改性表面氧化改性1表面还原改性2负载物质改性3低温等离子体改性45酸碱改性irstirst负载物质改性F F. 负载物质改性包括负载金属离子、化合物或其 他杂原子。负载金属改性大都是利用活性炭对金属 离子的还原性和吸附性，使金属离子先在其表面上 吸

6、附，再还原成单质或低价态的离子，并通过金属离 子或金属对被吸附物的较强结合力，增加活性炭对 被吸附物的吸附性能。常用来负载的金属离子有铜 离子、铁离子和银离子等 。图3：IFMGAC1电镜扫描1000倍照片经锰离子改性的活性炭经锰离子改性的活性炭去除水中有机物去除水中重金属及重金属离子AB水处理中的应用CONTENT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；潘红艳等口日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，结果表明浸渍液改变了活性 炭的脱附活化能，从而影响了吸附效果。李晶等391也 用不同浸渍液对活性炭

7、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。姚丽群等 采用先 表明氧化后负载原子改性的方法，研究了活性炭吸 毒有机硫化物，结果表明采用表面化学氧化法和负去除水中重金属及重金属离子改性活性炭不仅可以通过吸附作用去除水中的有机物，而且可通过多种机理去除水中的重金属离子 等无机污染物。一般对粉末活性炭进行二次改性 ， 引入活性炭吸附重金属离子中起重要作用的官能 团，即羧基、羟基和氨基，可以得到性能更加优良 的吸附材料，用于吸附污水中的重金属离子。范延臻等研究了改性活性炭的表面特性及其 对金属离子的吸附性能，

8、他们用浓度为 l32mol HNO 溶液，以 4：1(HNO，溶液体积：活性炭质量) 混合，在 100回流 lh后，对煤质活性炭进行改性， 该方法可明显提高活性炭对水中 Pb 的吸附量，与 未改性活性炭相比，对 Pb 的饱和吸附量提高了 105倍。白树林等用硝酸 (以 1：l比例与活性炭混 合 )在沸腾温度下对活性炭进行氧化改性，然后在 300400加热处理，制得具有较强离子交换能力 的改性活性炭。结果表明，这种方法制得的改性活性 炭有较高的阳离子交换容量，对 Cr(I)较高的吸附 交换能力。Monser等人用四丁基铵和二乙基二硫 代氨基甲酸钠对活性炭进行负载原子和化合物改 性，去除电镀废水中

9、的铜、铬、锌，结果表明改性后的后负载原子改性的方法，研究了活性炭吸 毒有机硫化物，结果表明采用表面化学氧化法和负氧化处理的活性炭在高温 (800以上)下煅 烧，可获得较高阴离子交换容量的活性炭，对阴离子 有较强的吸附交换能力。王琳等 利用强氧化剂对活性炭进行改性，改 变了活性炭表面官能团的性质，使 原来具有催化还原 能力的官能团改性为具有氧化能力的官能团，从而抑 制了活性炭吸附水中亚硝酸盐的形成，出水中亚硝酸 盐的质量浓度从未改性活性炭的 20mgL 降低为 改性后的 0O1mgL。MariaTomaszewska等 研究 了某河中的有机污染物后指出，常规的处理方法不 能有效地去除河水中的一些

10、杀虫剂等物质，而经一 定浓度的 NaOH等化学药剂改性后的活性炭则有 较好的去除效果，在河水中投入 10mgL。的改性活 性炭可以将引起臭味的土臭素(Geosmin)和 2一甲基 异茨酸 (MIB)从 66mgL。降到 2mgL一。陈颖等 用载镍活性炭对含活性红 X3B废水进行处理，去除率能达到 9874以上，较不加金属 的活性炭去除的光催化降解性能和影响甲基橙废水处理的主要因 素，结果表明，用溶胶凝胶法制备 TiO 活性炭催 化剂具有比表面积大、分散性高、光催化降解性能 好、可重复利用等优点。展 望 未 来zhanwangweilai(1)表面物理结构特性的改性可以增大活性炭的比表面积和改变

11、其孔径分布，使活性炭的微孔与 吸附分子尺寸相当，提高活性炭对吸附质的吸附能力。通过对经表面物理结构特性改性后的活性炭进 行孔径控制、表面化学性能修饰及负载金属，可使活性炭的吸附性能大大提高。由于活性炭的吸附性能 与孔径和吸附质分子直径的比值有很大的关系，当孔径和吸附质分子直径的比值为 2l0时，活性炭的吸附性能最佳。因此，今后活性炭结构性能方面的改性将朝着这方面发展，制造出比表面积很大、且孔径集中在某一值范围内的超大级活性炭。(2)氧化改性可使酸性集团相对含量增多，还原改性可使碱性集团含量增加，从而改善活性炭对不同极性物质的吸附性能；金属离子负载可增强对某些物质的吸附效果；低温等离子技术既能改变活性炭表面化学性质，又能控制其界面物性，可大大提 高活性炭对各种污染物质的吸附去除能力；酸碱改 性则大大改善了对金属离子的吸附。活性炭改性在 水处理中的方向应根据污水水质和原活性炭的性质 确定。活性炭表面改性的同时，伴随着表面化学结构的变化，其表面基团、孔容积和孑L径分布等都会发生 改变，这也会大大影响