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活性炭材料是一種重要的無定形碳素材料，為黑色多孔固體，孔隙結構發達，具有巨大的比表面積，一般可高達1000-3000 m2/g，對氣體、溶液中的無機或有機物質及膠體顆粒等都有很強的吸附能力。作為一種性能優良的吸附劑，活性炭材料具有獨特的孔隙結構和表面活性官能團，化學性質穩定，機械強度高，耐酸、耐堿、耐熱，不溶于水和有機溶劑，并且能夠再生循環使用，被廣泛地應用于環保、化工、食品加工、濕法冶金、藥物精制、軍事化學防護等各個領域。[1]世界發達國家從20世紀70年代開始，環保逐漸成為活性炭的主要消費市場，美國用于環保的活性炭占其總用量的66.22%，日本是75.41%。活性炭在我國的環境保護中已有廣泛的應用，但是由于經濟成本等種種因素，與發達國家相比仍有很大的差距。目前生態環境日益惡化，人們對保護地球，綠色技術及綠色產品的呼聲越發高漲，以活性炭為代表的炭材料在環保領域中的應用將會進一步發展，其主要表現為污水處理、大氣污染防治等各個方面的應用。[2]
2 活性炭材料在環保中的應用
2.1 活性炭材料在水處理中的應用
由于活性炭材料具有良好的吸附能力，如活性炭纖維（ACF）能吸附工業廢水中的多種有害物質及水中的大腸桿菌和氯[3]，活性炭能吸附垃圾滲濾液中的甲醛、苯酚和苯胺[4]，活性炭能吸附水中典型環境內分泌干擾物（2，4-二氯苯氧乙酸和壬基酚等）[5]，所以活性炭材料可用于處理含酚廢水、含Hg+廢水及染料廢水。
活性炭用于水處理始于1932年的美國，用于芝加哥的自來水處理，并很快在各地自來水廠普及。然后又推廣到工業用水、城市下水和工業廢水處理等方面。目前發達國家大量使用活性炭進行水處理。發達國家水處理方面的活性炭用量占其總用量的40 %左右。我國雖然有11 萬噸的產量，但出口7 萬噸，真正用于國內環境保護的活性炭用量最多只有生產量的1/ 10 左右。[6]
2.1.1 上水處理
水質標準最嚴格的是飲用水和上水源水。它對水中的微量有毒成分、pH、大腸桿菌、生物耗氧量、臭味等都有相應的嚴格要求。自來水用活性炭處理，可以除去有機雜質、各種臭味，這比用氯和漂白粉處理好，它不會造成含氯碳氫化合物(如氯甲烷) 的形成。孫治榮等在深度凈化飲用水的研究中發現，在連續運行的方式下活性炭對有機物的去除效果較好。[2]此外，活性炭處理自來水不會導致Ca、Mg的損失。隨著科技的進步，人們對飲用水的質量要求越來越嚴格。原來指標意義上的城市自來水已經不適合人類飲用,越來越多的國家和地區已對自來水的經營企業做出更加嚴格的規定，例如美國就嚴格規定,，城鎮自來水廠如不采用活性炭處理就不準賣水。我國絕大多數城市飲用水達不到世界衛生組織規定的標準，其主要原因就是我國的自來水供給行業受成本限制，在水處理過程中只采用了少量活性炭或根本不用活性炭。[7]
2.1.2 工業用水的處理
工業用水因使用目的不同而有不同的標準。高純度水主要應用于電子工業、化學工業、醫藥工業。無論采用何種方法獲得高純度水,活性炭處理必然是不可缺少的一個環節。活性炭處理主要是除去有機物、膠質、農藥殘留物、游離氯、致“熱原”和少量的二氧化碳和氧等氣體(去除氣體對高壓或臨界狀態運行的發電鍋爐尤為重要) 。[7]
2.1.3 城市居民生活污水的處理
隨著人類文明的進步和經濟的發展，城市化進程必然加速，這就使城市居民生活污水污染水源的問題變得尤為嚴重。為了治理城市居民生活污水，一般采用“二級”或“三級”處理，活性炭通常用于三級處理中的第三級處理，經過三級處理的水質可達到總有機碳含量< 5 mg/ L ，高錳酸鹽指數< 10 mg/L ，從而大大減輕對環境的破壞程度。[7]
2.1.4 工業廢水的處理
工業廢水處理通常也分為“二級”和“三級”處理。活性炭吸附法作為工業廢水深度處理的一種重要方法或環節，絕大多數用在第三級，活性污泥——活性炭吸附系統是目前最深度的處理系統。工業廢水經活性炭凈化處理后，不僅可以防止對自然水源的污染，而且可以回收部分有用的物質，如用活性炭吸附回收Ag等。[2]
另外，由于活性炭對水中的有機物具有突出的去除能力，對一些難以被生物降解的有機物更有獨特的去除效果而被用于制革廢水處理、造紙染料化工廢水處理、焦化廢水處理及其他有機廢水處理中。Tomaszewska 等研究了Mavmee 河中的有機污染物后指出：常規的處理方法不能有效地去除河水中的一些殺蟲劑等物質，而活性炭則有較好的去除效果，在河水中投入10 mg/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66 mg/L 降到2mg/L。某些活性炭對于廢水中無機重金屬離子具有一定的選擇吸附能力。[1]如顆粒狀活性炭對于Ag+?, Pd2+?, Cd2+?, CrO42-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，所以其在無機廢水處理中也有廣泛的應用。[1]
2.2 活性炭材料在氣體污染防治中的應用
活性炭材料不僅對有機蒸汽有良好的吸附作用,對造成大氣污染的幾種主要氣體，如工廠煙道排放的SO2 、汽車尾氣排放的CO2 、NO2 、烴、醛類氣體都能夠吸附，因而活性炭還可制成干法脫硫裝置及汽車尾氣過濾裝置。此外，活性炭還可吸附O3 、含氟氣體、煙味、人體和儀器排放的多種異味，可制成空氣凈化器。
2.2.1 室內空氣污染的防治
人們的日常生活，如居室、廚房、廁所以及公共場所等，由于人們的生活活動，都會給自己的生活小環境的空氣帶來一定程度的污染。其污染物主要是少量的H2S、SO2 、CO、CO2 、氮氧化物、NH3 、居室裝潢的揮發性溶劑、油煙及汗酸臭味等等。采用活性炭吸附過濾法最為合適,通常是用活性炭過濾和空調、換氣設備聯用的方法。張金萍和李德生報道, 以活性炭纖維為濾材的空氣過濾器對二氧化硫和氮氧化物的最大去除率分別為90.4 % 和76.6 % , 使室內空氣質量達到規定的衛生要求。[8]由此可見, 活性炭纖維作為凈化室內空氣的功能性材料具有廣泛的應用前景。另外，汞是易揮發的劇毒物質，對人體危害極大，因此汞蒸汽污染的防治是環保的重要課題。經化學處理的活性炭可以有效地脫除空氣或其他載氣中的汞蒸汽。[6]同時，活性炭法可用于測定室內外環境中氡。[9]
2.2.2 煙氣脫硫脫硝
煤炭燃燒在我國能源構成中占有很大的比例，而煤燃燒過程中排放出的SO2 和NOx(NO 和N2O)是主要的大氣污染物，所以煙氣污染是我國亟需解決的環境問題。在紛繁復雜的治理技術中，活性炭材料脫硫脫硝因其處理效果好、投資運行費用低、實現“資源化”、且易于再生利用等優點而引人注目。[1]煙氣脫硫目前有3 種技術路線：石灰乳中和、高壓電場氧化和活性炭脫硫，其原理如下：
Ca (OH) 2 + SO2 →CaSO3 + H2 ,
2SO2 + O2 高壓電場或活性炭 2SO3 ，
SO3 + H2O →H2SO4 ,
2H2S + O2 →2S + 2H2O。
3 種方法各有利弊，石灰乳中和法具有上馬快、易操作的優點,但生成物為亞石膏，二次處理只能摻入做水泥，硫元素沒有很好利用；高壓電場法具有設備簡單、硫利用好，這是近年來才研究成功的方法，所得稀硫酸加氨水中和生成硫酸銨作為肥料，但硫化氫脫除有一定困難；活性炭脫硫國內外均比較成熟，而且可以脫除SO2 、H2S 和有機硫。國外大型煙氣脫硫(如電廠脫硫) 和國內化肥廠的合成氣脫硫大多采用活性炭脫硫工藝。
