1、 淺談淺談活性炭吸附在水活性炭吸附在水處處理理過(guò)過(guò)程中程中的的應(yīng)應(yīng)用用 演演講講人：人： 1 活性炭分類及制作過(guò)程2活性炭的結(jié)構(gòu)3 活性炭的化學(xué)性質(zhì)4 活性炭吸附機(jī)理和影響因素5活性炭在水處理中的應(yīng)用6硫酸根自由基氧化再生活性炭1 活性炭分類及制作過(guò)程 按生產(chǎn)原料可分為：煤基活性炭、木質(zhì)活性炭、果殼活性炭和合成活性炭。按其形狀可分為：粉末活性炭、顆?；钚蕴?、破碎狀炭、球形碳、中空微球狀炭、纖維狀活性炭、蜂巢狀活性炭、活性炭成型物。 活性炭是原料經(jīng)粉碎加黏合劑成型后，再經(jīng)加熱脫水、碳化、活化等工藝制的。碳化也稱為熱解，是在隔絕空氣的條件下通過(guò)對(duì)制作活性炭的原材料進(jìn)行加熱。活化是在有氧化劑的作用下

2、，對(duì)碳化后的材料進(jìn)行加熱，以制造活性炭產(chǎn)品。 (a) 活化前 (b) 活化后 圖 1-1 活化前后活性炭晶體的片狀結(jié)構(gòu)2活性炭的結(jié)構(gòu) 活性炭是以碳為主要成分的吸附材料，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，一般認(rèn)為活性炭是由類似石墨的碳微晶按“螺層形結(jié)構(gòu)”排列，由于微晶間強(qiáng)烈交聯(lián)形成了發(fā)達(dá)的孔隙結(jié)構(gòu)。 活性炭的孔徑可分為微孔、中孔和大孔。大孔隙處多發(fā)生物理吸附，比表面積所占比例很小，一般為0.52.0m2/g，在吸附中作為吸附質(zhì)分子的通道，也可作為化學(xué)反應(yīng)的主要場(chǎng)所而使用在非均相催化等方面。 中孔既是吸附質(zhì)分子的通道，支配吸附過(guò)渡，又可發(fā)生毛細(xì)管凝結(jié)，是運(yùn)輸及吸附物質(zhì)的重要場(chǎng)所，其比表面積2070m2/g。 微孔對(duì)小

3、分子量有機(jī)物的吸附性能很好，是活性炭吸附容量和比表面積的主要貢獻(xiàn)方面，比表面積高達(dá)幾百至幾千m2/g。 圖 1-2 活性炭孔隙結(jié)構(gòu)3 活性炭的化學(xué)性質(zhì) 活性炭的表面化學(xué)性質(zhì)主要體現(xiàn)在所含的多種官能團(tuán)：含氧官能團(tuán)，含氮官能團(tuán)及鹵素、硫、氫等元素的官能團(tuán)。其中含氧官能團(tuán)數(shù)目眾多，是主要的活性基團(tuán)，形式多樣，有羥基、羧基、酚基、內(nèi)酯及醌等。它們影響著活性炭的酸堿性，親疏水性，吸附及催化性。 圖1-3 活性炭表面含氧官能團(tuán) 4 活性炭吸附機(jī)理和影響因素活性炭的吸附作用通常包含以下幾個(gè)步驟：1）外擴(kuò)散：外界空間中的被吸附組分穿過(guò)氣體、液體膜擴(kuò)散到達(dá)固體表面2）內(nèi)擴(kuò)散：被吸附組分通過(guò)固體表面進(jìn)入活性炭的微

4、孔道，在微孔道的吸附氣、液相中擴(kuò)散到微孔表面3）吸附：已進(jìn)到微孔表面的被吸附組分被固體所吸附固定4）脫附：被吸附的組分有一部分脫附，離開(kāi)微孔道表面5）內(nèi)反擴(kuò)散：脫附的組分從孔道內(nèi)的氣、液相擴(kuò)散至活性炭的外表面6）外反擴(kuò)散：脫附的組分分子從外表面反擴(kuò)散，經(jīng)氣、液膜進(jìn)入外空間的氣、液相中，完成脫附 活性炭對(duì)吸附質(zhì)總體的吸附速度受每個(gè)步驟不同程度影響，總的吸附速度體現(xiàn)為上述6個(gè)步驟的共同結(jié)果。 吸附作用包括物理吸附和化學(xué)吸附，物理吸附由吸附質(zhì)與吸附劑分子間引力所引起，結(jié)合力較弱，吸附熱比較小，容易脫附。 化學(xué)吸附則由吸附質(zhì)與吸附劑間的化學(xué)鍵所引起,常是不可逆的，吸附熱通常較大。在物理吸附中往往發(fā)生多

5、分子層吸附，在化學(xué)吸附中，基本是單分子層吸附。5活性炭在水處理中的應(yīng)用 活性炭顆粒內(nèi)部孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)達(dá)，其比表面積可達(dá)1000m2/g，活性炭具有很強(qiáng)的吸附能力，在水處理中，活性炭吸附可用于去除水中的有機(jī)物、脫色、除嗅味。 活性炭對(duì)分子量在5003000的有機(jī)物有十分明顯的去除效果，去除率一般能夠達(dá)到70%86.7%，易于吸附苯類化合物、小分子量腐殖質(zhì)等。對(duì)分子量在5001000的腐殖質(zhì)可吸附面積達(dá)活性炭吸附面積的25%；對(duì)低分子極性強(qiáng)的有機(jī)物和大分子有機(jī)物吸附效果不明顯。 用于水處理的活性炭應(yīng)具備以下三項(xiàng)要求：吸附容量大、吸附速度快、機(jī)械強(qiáng)度好。 活性炭的吸附容量主要與活性炭比表面積有關(guān)，比表面

6、積大，微孔數(shù)量多，可吸附在細(xì)孔壁上的吸附質(zhì)就多。 吸附速度主要與粒度及細(xì)孔分布有關(guān)，水處理用的活性炭，要求過(guò)渡孔（半徑201000）較為發(fā)達(dá)，有利于吸附質(zhì)向微細(xì)孔中擴(kuò)散?；钚蕴康牧６仍叫∥剿俣仍娇?，但水頭損失要增大，一般在830目范圍較宜。 活性炭的機(jī)械耐磨強(qiáng)度，直接影響活性炭的使用壽命6硫酸根自由基氧化再生活性炭 過(guò)硫酸鹽包括過(guò)一硫酸鹽(PMS)和過(guò)二硫酸鹽(PS)，都屬于H2O2的衍生物。其中PMS是由SO3取代H2O2中的一個(gè)H而形成，PS是由SO3取代H2O2中的兩個(gè)H而形成。結(jié)構(gòu)如下： PMS 過(guò)一硫酸鹽 過(guò)二硫酸鹽6硫酸根自由基氧化再生活性炭 硫酸根離子S2O82的活化方法 （1）紫外光解 紫外光活化過(guò)硫酸鹽具有安全無(wú)毒，不會(huì)引起二次污染的優(yōu)點(diǎn)，可用于飲用水和輕度污染廢水的處理。 化學(xué)反應(yīng)過(guò)程為： 2-284S Oh2SO（2）高溫?zé)峤?高溫?zé)峄罨枰峁┐罅康臒崃?，增加了處理成本。但在某些高溫廢水處理中，熱活化過(guò)硫酸鹽的方法可以利用高溫廢水的余熱，從而節(jié)省大量的熱能?；瘜W(xué)反應(yīng)過(guò)程為： 2284S O heat 2SO（3）過(guò)渡金屬離子催化分解 常用的過(guò)渡金屬有Fe2+、Cu2+、