活性炭在环境污染控制中的应用-华南师范大学——精品课程建2876.docx

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1、活性炭在在环境污污染控制制中的应应用曾丁才（华南师师范大学学化学与与环境学学院 广州 51106331）摘要 本文全全面介绍绍了活性性炭在环环境保护护工作各各个方面面的应用用，包括括大气污污染控制制诸如烟烟气脱硫硫脱硝、生活环境气体净化、溶剂回收等，以及水污染控制中的应用，并介绍了改性活性炭应用与环境污染控制的良好前景。关键词 活性性炭 环境保保护 大气污污染控制制 水水处理活性炭材材料作为为一种性性能优良良的吸附附剂，主主要是由由于其具具有独特特的吸附附表面结结构特性性和表面面化学性性能所决决定的。活活性炭材材料的化化学性质质稳定，机机械强度度高，耐耐酸、耐耐碱、耐耐热，不不溶于水水与有机机

2、溶剂，可可以再生生使用，已已经广泛泛地应用用于化工工、环保保、食品品加工、冶冶金、药药物精制制、军事事化学防防护等各各个领域域。目前前，改性性活性炭炭材料被被广泛用用于污水水处理、大大气污染染防治等等领域，在在治理环环境污染染方面越越来越显显示出其其诱人的的美好前前景。1活性性炭的结结构和性性质活性炭属属无定型型炭，由许多多呈石墨墨型的层层状结构构的微晶晶不规则则地集合合而成，具有结结晶缺陷陷。这些些内部结结构使活活性炭在在水处理理中不仅仅具有吸吸附能力力，还能起起到催化化作用。活活性炭内内部有无无数微细细孔隙纵纵横相通通，其孔径径为1 10 - 11011 10 - 66m ，特别是是1 1

3、0 - 11011 10 - 99m 的的微孔居居多，使活性性炭具有有巨大的的比表面面积(可可达1 0000 m22/ gg) 。这这些物理理特性也也是活性性炭具有有强大吸吸附能力力的原因因之一。活性炭可可以用木木头、煤煤、椰壳壳、锯末末等各种种含碳的的物质经经一系列列工艺过过程制得得。由不不同原料料制得的的活性炭炭具有不不同的硬硬度、粒粒径大小小和比表表面积。所所以，不同型型号活性性炭有各各自的应应用领域域。如由由烟煤制制成的活活性炭具具有从微微孔到大大孔的各各种孔径径，因此，对高分分子有机机物有较较好的吸吸附能力力;而用用椰壳制制成的活活性炭比比表面积积很大，但大孔孔少，所以比比较适用用于

4、低分分子有机机物的吸吸附。活活性炭吸吸附能力力的大小小不仅与与本身性性质有关关，还与被被吸附物物质的分分子结构构、溶解解性和离离子化程程度等有有关11。与硅胶、沸沸石等吸吸附剂相相比，活活性炭主主要有以以下特点点：（11）活性性炭是非非极性吸吸附剂，能能选择吸吸附非极极性物质质，对极极性物质质的吸附附能力很很小；（22）活性性炭是疏疏水性的的吸附剂剂，在有有水或水水蒸汽的的存在的的情况下下仍能发发挥作用用；（33）活性性炭孔径径分布广广，能够够吸附分分子大小小不同的的物质，但但是选择择性吸附附较差，如如果对活活性炭表表面进行行氧化改改性，可可以增强强对极性性物质的的吸附能能力；（44）活性性炭

5、具有有一定的的催化能能力；（55）活性性炭的化化学稳定定性和热热稳定性性优于硅硅胶等其其他吸附附剂22。2活性性炭在大大气污染染控制中中的应用用21 烟气脱脱硫脱硝硝我国是以以煤为主主要能源源的国家家，目前前，SOOx已成为为我国空空气最主主要污染染物之一一。SOOx的排放放不仅对对人体有有害，还还会引起起酸雨。尤尤其是大大气中SSO2 可以以导致多多种呼吸吸器官疾疾病和更更多诱发发心血管管疾病，而而且SOO2 在环环境中形形成的酸酸沉积会会引起江江河湖泊泊的酸化化，对植植物和农农作物造造成损害害。此外外，酸沉沉积能加加速大气气中的各各种建筑筑物及金金属物的的腐蚀。同时，随着我国汽车工业迅速发

6、展，NOX的污染业日益严重。因此，烟气的脱硫脱硝在大气污染控制中就显得尤为重要。在众多的的烟气脱脱硫脱硝硝技术中中，活性性炭法不不但经济济可行，而而且技术术方法成成熟，在在国内外外以有不不少商业业化运行行的装置置。活性炭脱脱硫脱硝硝技术是是以德国国、美国国为中心心，在220世纪纪50年代代开始研研究的。日日本起始始于600年代，但但在700年代后后才有快快速发展展。在此此，就日日本在这这一技术术开发上上处于领领先地位位的电源源开发株株式会社社的研究究作一些些介绍。处处理工艺艺如图44所示。图图中，脱脱硫塔：活性炭炭吸附排排气中的的SOxx；脱硝硝塔：活活性炭使使NH33 与NNOx反反应；分分

7、离塔：加热活活性炭脱脱去SOOx，再再生活性性炭。图4 活活性炭脱脱硫脱硝硝工艺流流程从最新验验证性实实验(燃燃煤排烟烟SOxx：8000 pppm，NNOx：1900 pppm)得得出中试试结果及及经济性性评价如如下：(1) 没有发发生装置置故障和和活性炭炭过热问问题，具具有可靠靠性、安安全性；(2) 脱硫率率能达到到97%以上，而而脱销率率能达到到80%以上；(3) 工业用用水量只只有湿法法脱硫的的1/660，排排水量可可减少11/100；(4) 在现有有的锅炉炉排放气气体和环环境条件件下，对对干式同同时脱硫硫脱硝技技术和目目前所使使用的技技术(SCRR+湿式式脱硫系系统)进行比比较，结结

8、果两者者的建设设费干式式同时脱脱硫脱硝硝技术稍稍低；但但是活性性炭的成成本高，干干式同时时脱硫脱脱硝技术术的运行行费用比比较高。如如果今后后环境指指标更加加严格，性性能优越越的干式式同时脱脱硫脱硝硝技术是是能够与与现代技技术竞争争的。另另外，这这一技术术对于用用水困难难的地区区更具意意义33。22 生活气气体净化化活性炭净净化生活活环境气气体可以以广泛应应用于十十字路口口、停车车场、大大型会堂堂、办公公场所以以及高速速公路隧隧道的通通风换气气。在这这些环境境中的污污染物主主要包括括少量的的二氧化化硫、硫硫化氢、一一氧化碳碳、氮氧氧化物、氨氨、装潢潢挥发油油、油烟烟、汗酸酸臭、抽抽烟烟雾雾，臭氧

9、氧等。这这些物质质严重危危害人体体健康，采采用活性性炭吸附附过滤的的方法比比较合适适。目前前通常采采用与空空调、换换气设备备连用的的方法2。牟桂之等等用活性性炭吸附附法治理理含甲硫硫醇恶臭臭气体的的研究结结果表明明：在实实验室用用IVPP活性炭炭（IVVP活性性炭是用用一定浓浓度的碱碱溶液浸浸泡过的的煤质活活性炭）对对单一组组分甲硫硫醇进行行吸附，测测得平均均穿透容容量为111。在在某炼厂厂污水处处理场，针针对表曝曝池散逸逸废气中中的主要要恶臭污污染物甲甲硫醇进进行了吸吸附实验验，测得得穿透吸吸附容量量为166。4，穿穿透时的的去除率率接近1100。由此此可见，活活性炭在在生活气气体的净净化中

10、还还是有比比较的处处理效果果4。23 溶剂回回收许多生产产部门都都生产或或使用各各种各样样的有机机溶剂，这这些有机机物挥发发在操作作环境中中，不但但污染环环境，浪浪费资源源，而且且有火灾灾和爆炸炸的潜在在危险。活活性炭吸吸附法回回收有机机溶剂已已经得到到广泛的的应用。与与其他方方法相比比，具有有以下有有点：（11）低浓浓度时回回收率高高；（22）回收收费用低低，一般般不超过过溶剂价价格的55220；（3）设设备投资资少，一一般在一一年左右右即可回回收成本本。目前前，用活活性炭回回收的溶溶剂有甲甲苯、二二甲苯、甲甲醇、乙乙醇、乙乙醚、甲甲乙酮、丙丙酮、乙乙酸甲酯酯、氯乙乙烯、汽汽油等。图图1为溶

11、溶剂回收收基本流流程图2。3在水水处理中中的应用用水体污染染已经成成为当今今世界各各国普遍遍关注的的问题。人人们将各各种不同同材料应应用于水水处理研研究领域域，以寻求求更有效效的方法法，提高用用水和排排水质量量，减少污污染。但但近年来来，随着污污染物种种类的增增多，污染成成分越来来越复杂杂，采用常常规水处处理方法法已不能能满足要要求，必须进进行深度度处理。一一些作用用单一的的材料和和方法已已不适用用。所以以，来源广广泛且容容易再生生，能反复复利用的的活性炭炭(ACC)得以以广泛应应用，其强大大的吸附附能力和和良好的的机械强强度使它它不仅能能直接作作为优良良的吸附附剂应用用于水处处理中，而且还还

12、可以与与其他材材料联合合应用，作为催催化剂及及催化剂剂载体。活性炭在在水处理理中主要要用于：(1)污水源源的净化化。用活活性炭吸吸附水中中有机物物、颜色色、臭味味、油、苯苯酚等；(2)有机工工业废水水处理。由由于活性性炭对水水中的有有机物具具有突出出的吸附附能力，对对一些难难以被生生物降解解的有机机物更有有独特的的去除效效果，因因而被用用于制革革废水、造造纸染料料废水、焦焦化废水水及其他他有机废废水的处处理中。常常规的处处理方法法不能有有效地去去除河水水中的一一些杀虫虫剂等物物质，而而活性炭炭则有较较好的去去除效果果，在河河水中投投入100mg/L 的的活性炭炭可以将将引起臭臭味的土土臭素(G

13、eoosmiin)和和2-甲甲基异茨茨酸(MMIB)从666mg/L 降降到2mmg/LL；(33)无机机工业废废水处理理。某些些活性炭炭对于废废水中无无机重金金属离子子具有一一定的选选择吸附附能力。如如颗粒状状活性炭炭对于PPd2+，CrrO42- 等等离子的的吸附去去除率可可达855以上上。对其其他金属属离子如如锑、铋铋、锡、汞汞、钴、铅铅、镍、铁铁等均具具有良好好的吸附附能力；(4)饮用水水及微污污染水净净化领域域。臭氧氧- 生生物活性性炭工艺艺以其可可以高效效去除水水中溶解解性有机机物和致致癌突变变物、出出水安全全、优质质而备受受重视。在在这种工工艺中，活活性炭起起着生物物膜的载载体材

14、料料的作用用，而且且活性炭炭可以很很快地把把臭氧分分解掉，使使液体中中的溶解解氧量增增加，稳稳定了微微生物的的生息环环境，为为好气性性微生物物的生长长提供了了保证。陈陈洪斌等等对炼油油厂外排排污水采采用悬浮浮载体生生物接触触氧化、砂砂滤和臭臭氧生物物活性炭炭工艺深深度处理理，对主主要污染染物都有有良好的的去除效效果55。4改性性活性炭炭在环境境污染控控制中的的应用及及前景展展望活性炭材材料的吸吸附表面面化学性性能的改改性是指指通过一一定的方方法改善善活性炭炭材料吸吸附表面面的官能能团及其其周边氛氛围的构构造，使使其成为为特定吸吸附过程程中的活活性点，从从而可以以控制其其亲水疏水性性能以及及与金

15、属属或金属属氧化物物的结合合能力。活活性炭材材料表面面化学组组成的不不同对活活性炭材材料的酸酸碱性、润润湿性、吸吸附选择择性、催催化特性性等产生生影响。活活性炭材材料吸附附表面化化学性质质的改性性可以通通过表面面氧化改改性、表表面还原原改性以以及负载载金属改改性等修修饰。改性后的的活性炭炭所具有有的特殊殊性能使使它不仅仅能直接接作为优优良的吸吸附剂应应用于水水处理中中，而且还还可以与与其他材材料联合合应用，作为催催化剂及及催化剂剂载体。（1）活性炭与膜连用。活性炭与膜联用能有效解决单独使用膜过滤而引起的膜阻塞和膜污染问题。利用活性炭对进水进行必要的前处理，以减少水中的有机物、无机物、微生物等在

16、膜表面和膜内孔积累，从而极大地延长了膜的使用寿命。而膜的存在又可以克服单独使用活性炭的弱点，解决活性炭出水中细菌数偏高的问题。（2）活性炭与微生物联用。在利用微生物进行水处理的体系内，无论厌氧型微生物还是好氧型微生物都可以使用活性炭作为载体与之联用，现在比较成熟的技术主要有两种：活性炭厌氧流化床和生物活性炭。厌氧流化床反应器适用于高浓度有机废水的处理。（3）吸附、催化、氧化联用。活性炭在水处理过程中不仅表现出良好的吸附作用，同时它还可以起到催化剂和催化剂载体的作用。（4）活性炭与微波联用。微波加热使活性炭进一步活化，提高吸附容量，用这种方法再生活性炭的时间短，耗能低，设备构造简单，具有很好的应

17、用前景。（6）活性炭与电化学联用。活性炭与电化学过程联用，多数是把活性炭作为阳极的外延，先利用活性炭进行吸附，再通过电解作用进行氧化降解，去除污染物质。（7）其他应用。目前，TiO2 光催化剂在脱臭、防污及超亲水性处理等实用方面的研究十分活跃。此外，活性炭还可与一些药剂联合使用，如与高锰酸钾复合药剂联用去除水中有机物，在二者相互促进作用下，对不同污染程度的原水均表现出优良的处理效果5。参考文献献：11 于于洪斌,丁蕴铮铮.活性炭炭在水处处理中的的应用方方法研究究与进展展J.工业水水处理220033,23 (8):13-152 裴伟征征等.炭材料料在环境境保护中中应用的的新发展展J.重庆环环境科学学,20003,25(7):50-573 刘伟军军,马其良良.SOxx 污染染控制技技术的现现状与发发展JJ.能源研研究与信信息.20003,19(1):1-994 牟桂之之等.活性炭炭吸附法法治理含含甲硫醇醇恶臭气气体JJ.石油化化工环境境保护.20004,27(3):42-475 程玉良良.活性炭炭材料的的改性及及其应用用J.中国科科技信息息,20005,(199):66-67