浅谈活性炭吸附在水处理过程中的应用

1、 浅谈浅谈活性炭吸附在水活性炭吸附在水处处理理过过程中程中的的应应用用 演演讲讲人：人： 1 活性炭分类及制作过程2活性炭的结构3 活性炭的化学性质4 活性炭吸附机理和影响因素5活性炭在水处理中的应用6硫酸根自由基氧化再生活性炭1 活性炭分类及制作过程 按生产原料可分为：煤基活性炭、木质活性炭、果壳活性炭和合成活性炭。按其形状可分为：粉末活性炭、颗粒活性炭、破碎状炭、球形碳、中空微球状炭、纤维状活性炭、蜂巢状活性炭、活性炭成型物。 活性炭是原料经粉碎加黏合剂成型后，再经加热脱水、碳化、活化等工艺制的。碳化也称为热解，是在隔绝空气的条件下通过对制作活性炭的原材料进行加热。活化是在有氧化剂的作用下

2、，对碳化后的材料进行加热，以制造活性炭产品。 (a) 活化前 (b) 活化后 图 1-1 活化前后活性炭晶体的片状结构2活性炭的结构 活性炭是以碳为主要成分的吸附材料，结构比较复杂，一般认为活性炭是由类似石墨的碳微晶按“螺层形结构”排列，由于微晶间强烈交联形成了发达的孔隙结构。 活性炭的孔径可分为微孔、中孔和大孔。大孔隙处多发生物理吸附，比表面积所占比例很小，一般为0.52.0m2/g，在吸附中作为吸附质分子的通道，也可作为化学反应的主要场所而使用在非均相催化等方面。 中孔既是吸附质分子的通道，支配吸附过渡，又可发生毛细管凝结，是运输及吸附物质的重要场所，其比表面积2070m2/g。 微孔对小

3、分子量有机物的吸附性能很好，是活性炭吸附容量和比表面积的主要贡献方面，比表面积高达几百至几千m2/g。 图 1-2 活性炭孔隙结构3 活性炭的化学性质 活性炭的表面化学性质主要体现在所含的多种官能团：含氧官能团，含氮官能团及卤素、硫、氢等元素的官能团。其中含氧官能团数目众多，是主要的活性基团，形式多样，有羟基、羧基、酚基、内酯及醌等。它们影响着活性炭的酸碱性，亲疏水性，吸附及催化性。 图1-3 活性炭表面含氧官能团 4 活性炭吸附机理和影响因素活性炭的吸附作用通常包含以下几个步骤：1）外扩散：外界空间中的被吸附组分穿过气体、液体膜扩散到达固体表面2）内扩散：被吸附组分通过固体表面进入活性炭的微

4、孔道，在微孔道的吸附气、液相中扩散到微孔表面3）吸附：已进到微孔表面的被吸附组分被固体所吸附固定4）脱附：被吸附的组分有一部分脱附，离开微孔道表面5）内反扩散：脱附的组分从孔道内的气、液相扩散至活性炭的外表面6）外反扩散：脱附的组分分子从外表面反扩散，经气、液膜进入外空间的气、液相中，完成脱附 活性炭对吸附质总体的吸附速度受每个步骤不同程度影响，总的吸附速度体现为上述6个步骤的共同结果。 吸附作用包括物理吸附和化学吸附，物理吸附由吸附质与吸附剂分子间引力所引起，结合力较弱，吸附热比较小，容易脱附。 化学吸附则由吸附质与吸附剂间的化学键所引起,常是不可逆的，吸附热通常较大。在物理吸附中往往发生多

5、分子层吸附，在化学吸附中，基本是单分子层吸附。5活性炭在水处理中的应用 活性炭颗粒内部孔隙结构发达，其比表面积可达1000m2/g，活性炭具有很强的吸附能力，在水处理中，活性炭吸附可用于去除水中的有机物、脱色、除嗅味。 活性炭对分子量在5003000的有机物有十分明显的去除效果，去除率一般能够达到70%86.7%，易于吸附苯类化合物、小分子量腐殖质等。对分子量在5001000的腐殖质可吸附面积达活性炭吸附面积的25%；对低分子极性强的有机物和大分子有机物吸附效果不明显。 用于水处理的活性炭应具备以下三项要求：吸附容量大、吸附速度快、机械强度好。 活性炭的吸附容量主要与活性炭比表面积有关，比表面

6、积大，微孔数量多，可吸附在细孔壁上的吸附质就多。 吸附速度主要与粒度及细孔分布有关，水处理用的活性炭，要求过渡孔（半径201000）较为发达，有利于吸附质向微细孔中扩散。活性炭的粒度越小吸附速度越快，但水头损失要增大，一般在830目范围较宜。 活性炭的机械耐磨强度，直接影响活性炭的使用寿命6硫酸根自由基氧化再生活性炭 过硫酸盐包括过一硫酸盐(PMS)和过二硫酸盐(PS)，都属于H2O2的衍生物。其中PMS是由SO3取代H2O2中的一个H而形成，PS是由SO3取代H2O2中的两个H而形成。结构如下： PMS 过一硫酸盐 过二硫酸盐6硫酸根自由基氧化再生活性炭 硫酸根离子S2O82的活化方法 （1）紫外光解 紫外光活化过硫酸盐具有安全无毒，不会引起二次污染的优点，可用于饮用水和轻度污染废水的处理。 化学反应过程为： 2-284S Oh2SO（2）高温热解 高温热活化需要提供大量的热量，增加了处理成本。但在某些高温废水处理中，热活化过硫酸盐的方法可以利用高温废水的余热，从而节省大量的热能。化学反应过程为： 2284S O heat 2SO（3）过渡金属离子催化分解 常用的过渡金属有Fe2+、Cu2+、