關于“煤質活性炭”的作用機理的介紹

 吸附劑在環境科學中的應用  導言
目前電鍍重金屬廢水的處理方法有化學沉淀法、氧化還原處理法、溶劑萃取分離法、吸附法、膜分離技術、離子交換處理法、生物處理法。而吸附法作為一種處理方法，具有以下優點：（1）凈化效率高，只要找到適宜的吸附劑，經過吸附后可直接排空，甚至還可以用于室內空氣的凈化；（2）可回收有用組分，只要找到相應的脫附劑，即可把吸附在吸附劑上的物質洗脫下來，必要時還可焚燒吸附劑回收組分，這在含貴金屬的廢水處理中具有特別重要的意義；（3）設備簡單，一般只需一個吸附塔和一個再生塔，無需特別的動力支持；（4）易實現自動化控制，由于其設備簡單，只要控制待凈化流體與洗脫流體的流向即可實現吸附與再生。因此，吸附法在環境科學領域獲得了廣泛的應用。
一、 作用機理
由于固體（液體）內部的分子（原子）密度在一般情況下大于液體或氣體內部的分子（原子）密度，即在固液、固氣界面處的分子（原子）間的平均距離大于分子（原子）的平衡距離，因此在固液、固氣界面處的分子（原子）間的作用主要表現為相互吸引力，由此帶來了氣體（液體）分子有在固體表面聚集的傾向，對于具有巨大表面積及較高分子間力的物質（吸附劑）來說，這種傾向特別明顯，表現為固體對污染物的吸附富集。因此，可以利用各種大表面積高內聚力的固體，即吸附劑，來吸附廢水中的污染物、去除異味凈化空氣。
二、 各類吸附劑的應用
（一） 煤質活性炭
煤質活性炭作為一種吸附劑，在污染物處理方面具有以下優點：吸附容量高，對低濃度NOx吸附能力強[1]具有較強的吸附性和催化性能，原料來源充足且安全性高，化學性質穩定，機械強度高，耐酸堿、耐熱、不溶于水和有機溶劑、易再生，是一種環境友好型吸附劑，對氣體、溶液中的無機或有機物質及膠體顆粒等都有良好的吸附能力，對一些難以被生物降解的有機物更有獨特的去除效果，A.Fortuny等研究發現，活性炭在催化濕式氧化傳統污水廠不能處理的含酚廢水方面是有希望的替代品。在與其他金屬催化劑的240h對比測試中，不負載任何金屬的煤質活性炭表現出最高的酚轉化能力。研究表明，低灰分（質量分數3.75%）活性炭在酚的濕式氧化中有催化效應[2].不僅對色、嗅去除效果良好，而且對合成洗滌劑ABS、三鹵甲烷（THMs）、鹵代烴、游離氯也有較高的吸附能力，能有效地去除水中的某些重金屬（如Hg、Sb、Sn、Cr）且不易產生二次污染，處理程度高，甚至達到飲用水標準，出水水質穩定。在河水中投入10mg/L 的活性炭可以將引起臭味的土臭素（Geosmin）和2－甲基異茨酸（MIB）從66mg/L降到2mg/L對于Pd2+，CrO2- 等離子的吸附去除率可達85%以上。對其他金屬離子如銻、鉍、錫、汞、鈷、鉛、鎳、鐵等均具有良好的吸附能力。在臭氧－生物煤質活性炭工藝中，煤質活性炭可以很快地把臭氧分解掉，使液體中的溶解氧量增加，從而穩定微生物的生息環境，為好氣性微生物的生長提供保證。陳洪斌等對煉油廠外排污水采用懸浮載體生物接觸氧化、砂濾和臭氧生物煤質活性炭工藝深度處理，對主要污染物都有良好的去除效果[3]。宋志文等采用生物煤質活性炭法處理低濃度甲醇廢水，利用煤質活性炭的吸附作用和生物膜的降解作用，處理效果明顯好于樹脂和單純煤質活性炭吸附。在其最佳運行條件下，當甲醇的質量濃度為11.3～23.mg/L時，去除率大于90%。Xie Qiang等研究發現，煤質活性炭經硝酸改性后再負載硝酸銅進行二次活化制備高性能煤質活性炭，可使硝酸銅的催化性能得到進一步的提升。劉紅等發現，焦化廢水在經3g/L的煤質活性炭吸附后，再以1.5g/L的H2O2、0.4g/L Fe2＋的進行催化氧化，COD總去除率可達96.3%。用載鎳煤質活性炭對含活性紅X-3B廢水進行處理，去除率能達到98.74%以上。[2]
因此，煤質活性炭在環境科學中獲得了廣泛的應用，包括以下幾個方面：
1、廢水處理
（１）污水源的凈化。用煤質活性炭吸附水中有機物、顏色、臭味、油、苯酚等。
（２）有機工業廢水處理。
（３）無機工業廢水處理。金礦含氰廢水經煤質活性炭吸附法處理后,氰化物濃度可達排放標準0.5mg/L以下,氰化物去除效率達99 .8%～99. 9%。處理后CN-濃度C<0.5mg/L時的CN-吸咐量為6 .74mg/g～10. 24mg/g活性炭;處理后CN-濃度C<1/2初始濃度C0(mg/L)時的CN-吸咐量為12 50mg/g～28 92mg/g煤質活性炭。煤質活性炭對絡合氰化物的吸附能力比對簡單氰化物的吸附能力強。[4]
（４）飲用水及微污染水凈化領域。
2、氣體凈化
（1）廢氣治理
無機廢氣處理方面，主要包括SO2、NO2的處理。[5]其處理過程首先是利用煤質活性炭材料的吸附性能將煙氣中的污染氣體SO２ 和NOｘ物理吸附于煤質活性炭材料表面，在煤質活性炭材料表面官能團或擔載金屬的催化作用下，將SO２和NOｘ 轉化為 SO３和N2,再用水吸收SO3[3]而在有機廢氣處理方面，吸附劑的應用領域包括含苯系物廢氣處理、醋酸丁酯廢氣處理、含烷烴廢氣處理、甲醇廢氣處理[6]
（2）空氣凈化
吸附劑用于清除苯、甲苯、揮發性有機化合物(VOC)、甲醛、氨等有毒氣體，適用于賓館、居室、汽車、冰箱、廁所、廚房、鞋柜、鞋除味等，由于其安全環保、無毒無害，無二次污染，日曬下可反復使用，處理費用為其他方法的1/10～1/20，故在空氣凈化方面也廣受歡迎。
(二) 離子交換樹脂
嚴格來說，離子交換樹脂不能算是一種吸附劑，但如果把離子交換樹脂上的離子看成是因為靜電引力而聚集在樹脂表面的，那離子交換樹脂也可看作是一種廣義的吸附劑。實際中應用的離子交換劑有離子交換樹脂、沸石等等，離子交換樹脂有凝膠型和大孔型。前者有選擇性，后者制造復雜、成本高、再生劑耗量大，因而在應用上受到很大限制。這種材料的應用越來越多，如膨潤土，它是以蒙脫石為主要成分的粘土，具有吸水膨脹性好、比表面積大、較強的吸附能力和離子交換能力，若經改良后其吸附及離子交換的能力更強。但是卻較難再生，天然沸石在對重金屬廢水的處理方面比膨潤土具有更大的優點：內部多孔，比表面積大，具有獨特的吸附和離子交換能力。若用NaCl對天然沸石進行預處理可提高吸附和離子交換能力。通過吸附和離子交換再生過程，廢水中重金屬離子濃度可濃縮提高30倍。沸石去除銅，在NaCl再生過程中，去除率達97%以上，可多次吸附交換，再生循環，而且對銅的去除率并不降低。
三、 結論
1、 吸附劑由于其巨大的表面積而表現出對物質明顯的富集作用，環境科學領域中污水治理，氣體凈化等方面即利用吸附劑對污染物的吸附來把污染物從廢氣、廢水中轉移至吸附劑表面，達到除去污染物的目的。
2、 吸附法處理廢水由于凈化效率高、可回收有用組分、設備簡單、易實現自動化控制等優點而在廢水、廢氣處理中得到廣泛的應用。
3、 雖然固體吸附劑種類繁多，但由于煤質活性炭具有如凈化效率高，吸附容量大，原料來源充足且安全性高，化學性質穩定，機械強度高，耐酸堿、耐熱等優異的性能而主導著吸附法處理技術的應用。

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