淺談活性炭吸附在水處理過程中的應(yīng)用

1、 淺談淺談活性炭吸附在水活性炭吸附在水處處理理過過程中程中的的應(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、顆粒活性炭、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對制作活性炭的原材料進(jìn)行加熱?；罨窃谟醒趸瘎┑淖饔孟?/p>

2、，對碳化后的材料進(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，支配吸附過渡，又可發(fā)生毛細(xì)管凝結(jié)，是運輸及吸附物質(zhì)的重要場所，其比表面積2070m2/g。 微孔對小

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步驟：1）外擴(kuò)散：外界空間中的被吸附組分穿過氣體、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 活性炭對吸附質(zhì)總體的吸附速度受每個步驟不同程度影響，總的吸附速度體現(xiàn)為上述6個步驟的共同結(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。活性炭的粒度越小吸附速度越快，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 過硫酸鹽包括過一硫酸鹽(PMS)和過二硫酸鹽(PS)，都屬于H2O2的衍生物。其中PMS是由SO3取代H2O2中的一個H而形成，PS是由SO3取代H2O2中的兩個H而形成。結(jié)構(gòu)如下： PMS 過一硫酸鹽 過二硫酸鹽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 紫外光活化過硫酸鹽具有安全無毒，不會引起二次污染的優(yōu)點，可用于飲用水和輕度污染廢水的處理。 化學(xué)反應(yīng)過程為： 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)過程為： 2284S O heat 2SO（3）過渡金屬離子催化分解 常用的過渡金屬有Fe2+、Cu2+、