2022年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.doc

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1、活性炭在环境污染操纵中的应用曾丁才（华南师范大学化学与环境学院 广州 510631）摘要 本文全面介绍了活性炭在环境保护工作各个方面的应用，包括大气污染操纵诸如烟气脱硫脱硝、生活环境气体净化、溶剂回收等，以及水污染操纵中的应用，并介绍了改性活性炭应用与环境污染操纵的良好前景。关键词 活性炭 环境保护 大气污染操纵 水处理活性炭材料作为一种功能优良的吸附剂，主要是由于其具有独特的吸附外表构造特性和外表化学功能所决定的。活性炭材料的化学性质稳定，机械强度高，耐酸、耐碱、耐热，不溶于水与有机溶剂，能够再生使用，已经广泛地应用于化工、环保、食品加工、冶金、药物精制、军事化学防护等各个领域。目前，改性活

2、性炭材料被广泛用于污水处理、大气污染防治等领域，在治理环境污染方面越来越显示出其诱人的美妙前景。1活性炭的构造和性质活性炭属无定型炭，由许多呈石墨型的层状构造的微晶不规则地集合而成，具有结晶缺陷。这些内部构造使活性炭在水处理中不仅具有吸附才能，还能起到催化作用。活性炭内部有无数微细孔隙纵横相通，其孔径为1 10 - 101 10 - 6m ，特别是1 10 - 101 10 - 9m 的微孔居多，使活性炭具有宏大的比外表积(可达1 000 m2/ g) 。这些物理特性也是活性炭具有强大吸附才能的缘故之一。活性炭能够用木头、煤、椰壳、锯末等各种含碳的物质经一系列工艺过程制得。由不同原料制得的活性

3、炭具有不同的硬度、粒径大小和比外表积。因而，不同型号活性炭有各自的应用领域。如由烟煤制成的活性炭具有从微孔到大孔的各种孔径，因而，对高分子有机物有较好的吸附才能;而用椰壳制成的活性炭比外表积非常大，但大孔少，因而比拟适用于低分子有机物的吸附。活性炭吸附才能的大小不仅与本身性质有关，还与被吸附物质的分子构造、溶解性和离子化程度等有关1。与硅胶、沸石等吸附剂相比，活性炭主要有以下特点：（1）活性炭是非极性吸附剂，能选择吸附非极性物质，对极性物质的吸附才能非常小；（2）活性炭是疏水性的吸附剂，在有水或水蒸汽的存在的情况下仍能发挥作用；（3）活性炭孔径分布广，能够吸附分子大小不同的物质，但是选择性吸附

4、较差，假如对活性炭外表进展氧化改性，能够加强对极性物质的吸附才能；（4）活性炭具有一定的催化才能；（5）活性炭的化学稳定性和热稳定性优于硅胶等其他吸附剂2。2活性炭在大气污染操纵中的应用21 烟气脱硫脱硝我国是以煤为主要能源的国家，目前，SOx已成为我国空气最主要污染物之一。SOx的排放不仅对人体有害，还会引起酸雨。尤其是大气中SO2 能够导致多种呼吸器官疾病和更多诱发心血管疾病，而且SO2 在环境中构成的酸堆积会引起江河湖泊的酸化，对植物和农作物造成损害。此外，酸堆积能加速大气中的各种建筑物及金属物的腐蚀。同时，随着我国汽车工业迅速开展，NOX的污染业日益严峻。因而，烟气的脱硫脱硝在大气污染

5、操纵中就显得尤为重要。在众多的烟气脱硫脱硝技术中，活性炭法不但经济可行，而且技术方法成熟，在国内外以有不少商业化运转的装置。活性炭脱硫脱硝技术是以德国、美国为中心，在20世纪50年代开场研究的。日本起始于60年代，但在70年代后才有快速开展。在此，就日本在这一技术开发上处于领先地位的电源开发株式会社的研究作一些介绍。处理工艺如图4所示。图中，脱硫塔：活性炭吸附排气中的SOx；脱硝塔：活性炭使NH3 与NOx反响；别离塔：加热活性炭脱去SOx，再生活性炭。图4 活性炭脱硫脱硝工艺流程从最新验证性实验(燃煤排烟SOx：800 ppm，NOx：190 ppm)得出中试结果及经济性评价如下：(1) 没

6、有发生装置毛病和活性炭过热咨询题，具有可靠性、平安性；(2) 脱硫率能到达97%以上，而脱销率能到达80%以上；(3) 工业用水量只有湿法脱硫的1/60，排水量可减少1/10；(4) 在现有的锅炉排放气体和环境条件下，对干式同时脱硫脱硝技术和目前所使用的技术(SCR+湿式脱硫系统)进展比拟，结果两者的建立费干式同时脱硫脱硝技术稍低；但是活性炭的本钱高，干式同时脱硫脱硝技术的运转费用比拟高。假如今后环境指标更加严格，功能优越的干式同时脱硫脱硝技术是能够与现代技术竞争的。另外，这一技术关于用水困难的地区更具意义3。22 生活气体净化活性炭净化生活环境气体能够广泛应用于十字路口、停车场、大型会堂、办

7、公场因而及高速公路隧道的通风换气。在这些环境中的污染物主要包括少量的二氧化硫、硫化氢、一氧化碳、氮氧化物、氨、装潢挥发油、油烟、汗酸臭、抽烟烟雾，臭氧等。这些物质严峻危害人体健康，采纳活性炭吸附过滤的方法比拟适宜。目前通常采纳与空调、换气设备连用的方法2。牟桂之等用活性炭吸附法治理含甲硫醇恶臭气体的研究结果说明：在实验室用IVP活性炭（IVP活性炭是用一定浓度的碱溶液浸泡过的煤质活性炭）对单一组分甲硫醇进展吸附，测得平均穿透容量为11。在某炼厂污水处理场，针对表曝池散逸废气中的主要恶臭污染物甲硫醇进展了吸附实验，测得穿透吸附容量为16。4，穿透时的去除率接近100。由此可见，活性炭在生活气体的

8、净化中依然有比拟的处理效果4。23 溶剂回收许多消费部门都消费或使用各种各样的有机溶剂，这些有机物挥发在操作环境中，不但污染环境，浪费资源，而且有火灾和爆炸的潜在危险。活性炭吸附法回收有机溶剂已经得到广泛的应用。与其他方法相比，具有以下有点：（1）低浓度时回收率高；（2）回收费用低，一般不超过溶剂价格的520；（3）设备投资少，一般在一年左右即可回收本钱。目前，用活性炭回收的溶剂有甲苯、二甲苯、甲醇、乙醇、乙醚、甲乙酮、丙酮、乙酸甲酯、氯乙烯、汽油等。图1为溶剂回收根本流程图2。3在水处理中的应用水体污染已经成为当今世界各国普遍关注的咨询题。人们将各种不同材料应用于水处理研究领域，以寻求更有效

9、的方法，提高用水和排水质量，减少污染。但近年来，随着污染物品种的增多，污染成分越来越复杂，采纳常规水处理方法已不能满足要求，必须进展深度处理。一些作用单一的材料和方法已不适用。因而，来源广泛且容易再生，能反复利用的活性炭(AC)得以广泛应用，其强大的吸附才能和良好的机械强度使它不仅能直截了当作为优良的吸附剂应用于水处理中，而且还能够与其他材料结合应用，作为催化剂及催化剂载体。活性炭在水处理中主要用于：(1)污水源的净化。用活性炭吸附水中有机物、颜色、臭味、油、苯酚等；(2)有机工业废水处理。由于活性炭对水中的有机物具有突出的吸附才能，对一些难以被生物降解的有机物更有独特的去除效果，因而被用于制

10、革废水、造纸染料废水、焦化废水及其他有机废水的处理中。常规的处理方法不能有效地去除河水中的一些杀虫剂等物质，而活性炭则有较好的去除效果，在河水中投入10mg/L 的活性炭能够将引起臭味的土臭素(Geosmin)和2-甲基异茨酸(MIB)从66mg/L 降到2mg/L；(3)无机工业废水处理。某些活性炭关于废水中无机重金属离子具有一定的选择吸附才能。如颗粒状活性炭关于Pd2+，CrO42- 等离子的吸附去除率可达85以上。对其他金属离子如锑、铋、锡、汞、钴、铅、镍、铁等均具有良好的吸附才能；(4)饮用水及微污染水净化领域。臭氧- 生物活性炭工艺以其能够高效去除水中溶解性有机物和致癌突变物、出水平

11、安、优质而备受注重。在这种工艺中，活性炭起着生物膜的载体材料的作用，而且活性炭能够非常快地把臭氧分解掉，使液体中的溶解氧量增加，稳定了微生物的生息环境，为好气性微生物的生长提供了保证。陈洪斌等对炼油厂外排污水采纳悬浮载体生物接触氧化、砂滤和臭氧生物活性炭工艺深度处理，对主要污染物都有良好的去除效果5。4改性活性炭在环境污染操纵中的应用及前景展望活性炭材料的吸附外表化学功能的改性是指通过一定的方法改善活性炭材料吸附外表的官能团及其周边气氛的构造，使其成为特定吸附过程中的活性点，从而能够操纵其亲水疏水功能以及与金属或金属氧化物的结合才能。活性炭材料外表化学组成的不同对活性炭材料的酸碱性、润湿性、吸

12、附选择性、催化特性等产生妨碍。活性炭材料吸附外表化学性质的改功能够通过外表氧化改性、外表复原改性以及负载金属改性等修饰。改性后的活性炭所具有的特别功能使它不仅能直截了当作为优良的吸附剂应用于水处理中，而且还能够与其他材料结合应用，作为催化剂及催化剂载体。（1）活性炭与膜连用。活性炭与膜联用能有效处理单独使用膜过滤而引起的膜堵塞和膜污染咨询题。利用活性炭对进水进展必要的前处理，以减少水中的有机物、无机物、微生物等在膜外表和膜内孔积累，从而极大地延长了膜的使用寿命。而膜的存在又能够克服单独使用活性炭的弱点，处理活性炭出水中细菌数偏高的咨询题。（2）活性炭与微生物联用。在利用微生物进展水处理的体系内

13、，不管厌氧型微生物依然好氧型微生物都能够使用活性炭作为载体与之联用，如今比拟成熟的技术主要有两种：活性炭厌氧流化床和生物活性炭。厌氧流化床反响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，同时它还能够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，具有非常好的应用前景。（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，先利用活性炭进展吸附，再通过电解作用进展氧化降解，去除污染物质。（7）其他应用。目前，TiO

14、2 光催化剂在脱臭、防污及超亲水性处理等有用方面的研究十分活泼。此外，活性炭还可与一些药剂结合使用，如与高锰酸钾复合药剂联用去除水中有机物，在二者互相促进作用下，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：1 于洪斌,丁蕴铮.活性炭在水处理中的应用方法研究与进展J.工业水处理2003,23 (8):13-152 裴伟征等.炭材料在环境保护中应用的新开展J.重庆环境科学,2003,25(7):50-573 刘伟军,马其良.SOx 污染操纵技术的现状与开展J.能源研究与信息.2003,19(1):1-94 牟桂之等.活性炭吸附法治理含甲硫醇恶臭气体J.石油化工环境保护.2004,27(3):42-475 程玉良.活性炭材料的改性及其应用J.中国科技信息,2005,(19):66-67