活性炭在環(huán)境治理和監(jiān)測方面的應(yīng)用現(xiàn)狀和發(fā)展-華南師范大學(xué)

1、.：.；活性炭在環(huán)境治理和監(jiān)測方面的運(yùn)用現(xiàn)狀和開展 葉 雅 華南師范大學(xué) 廣州 510006摘要綜述了活性炭在環(huán)境維護(hù)領(lǐng)域的運(yùn)用現(xiàn)狀。主要有水處置和氣體處置，并展望了活性炭技術(shù)的前景和開展趨勢。關(guān)鍵詞 活性炭 吸附 測定 新進(jìn)展The Present Situation and Development of Environmental Recovery and Monitor by Activated CarbonYe Ya(Department of Chemistry and Environment, South China Normal University, Guangzhou 510

2、006, China)Abstract:The application of activated carbon in environmental field was reviewed，including the field of water treatment and the field of air pollution control .And it expects this treatments future and tendency.Key Words: activated carbon adsorption monitor development1前言活性炭這種神奇的綠色環(huán)保吸附資料可

3、以更廣泛地運(yùn)用到渣滓熄滅、室內(nèi)空氣凈化、高速公路隧道以及大城市交經(jīng)過密地域的空氣治理等新的領(lǐng)域，該當(dāng)在有效降低其本錢的同時，針對特定的場所和目的有針對性地進(jìn)展改性，使其可以更好地運(yùn)用于環(huán)境治理.活性炭資料具有獨(dú)特的孔隙構(gòu)造和外表活性官能團(tuán)，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，機(jī)械強(qiáng)度高，耐酸、耐堿、耐熱，不溶于水和有機(jī)溶劑，運(yùn)用失效后可以再生，廣泛地運(yùn)用于環(huán)保、化工、食品加工、濕法冶金、藥物精制、軍事化學(xué)防護(hù)等各個領(lǐng)域2活性炭的構(gòu)造和性質(zhì)2.1 活性炭的孔隙構(gòu)造活性炭的孔隙構(gòu)造是指孔隙容積、孔徑分布、外表積和孔的外形?？讖綇膸讉€nm 的微孔到肉眼可以看到的大孔,孔徑分布范圍很寬,孔的外形又是各式各樣的?；钚蕴康奈?/p>

4、才干主要決議于活性炭的孔構(gòu)造,這就決議了活性炭具有多種多樣的吸附才干和催化才干，而對吸附起決議作用的那么是微孔。在氣相吸附中,無論吸附分子大小,根本上存在微孔中,吸附容量在很大程度上取決于微孔的多少。1 圖1 活性炭資料的空隙構(gòu)造模型2.2 活性炭的外表化學(xué)性質(zhì)外表化學(xué)性質(zhì)的不同對活性炭的酸堿性、潤濕性、吸附選擇性、催化特性、電性質(zhì)等都產(chǎn)生影響。因此,活性炭的外表化學(xué)性質(zhì)的研討遭到人們的高度注重?；钚蕴康闹饕厥翘?其次是氧和氫。氧和氫的存在對活性炭的吸附性能及其它特性有較大影響,這些元素多以化學(xué)鍵與碳原子相結(jié)合,在活性炭外表上構(gòu)成多種含氧官能團(tuán):酸性官能團(tuán)、中性官能團(tuán)和堿性官能團(tuán),這也是活

5、性炭最主要的活性基團(tuán)。13活性炭在環(huán)保治理、監(jiān)測以及衛(wèi)生方面的運(yùn)用3.1 作為吸附手段3.1.1 防毒面具及濾毒通風(fēng)安裝活性炭用于防毒面具始于第一次世界大戰(zhàn),并且成了推進(jìn)當(dāng)時活性炭工業(yè)開展的重要要素。但由于氣體和蒸汽狀化學(xué)毒劑的種類最多,分子構(gòu)造和特性各異,單一的作用難以到達(dá)全面濾毒的目的,目前世界各國均將活性炭分別浸漬銅、銀、鋅等金屬氧化物以及吡啶、皮考啉等制成公用活性炭催化劑。美國稱作ASC 活性炭或急特拉特活性炭。3.1.2 活性炭資料在煙氣治理中的運(yùn)用煤炭熄滅在我國能源構(gòu)成中占有很大的比例，而煤熄滅過程中排放出的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

6、需處理的環(huán)境問題.在紛繁復(fù)雜的治理技術(shù)中，活性炭資料脫硫脫硝因其處置效果好、投資運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用低、實(shí)現(xiàn)“資源化、且易于再生利用等優(yōu)點(diǎn)而引人注目. 尤其是改性后的活性炭資料其脫硫脫硝性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于普通的活性炭資料.13.1.2.1 SO2 是主要的大氣污染物,是呵斥“酸雨的主要緣由,活性炭吸附法脫硫得到了廣泛的運(yùn)用。但是,單一的活性炭脫硫,速度慢,效率低。提高活性炭脫硫的性能,改性活性炭引起注重,它能抑制普通活性炭的某些缺陷和限制,被以為是最有前景的脫硫劑之一。氨由于其較小的分子量并有極性,而較難被吸附,因此,為了獲得較好的吸附效果,國內(nèi)外學(xué)者研制了數(shù)種改性活性炭 。結(jié)果闡明,以亞鐵鹽和銅鹽配方處置的活

7、性炭對其有很好的吸附性能。3.1.2.2 汞是易揮發(fā)的劇毒物質(zhì),對人體危害極大,因此汞蒸汽污染的防治是環(huán)保的重要課題。經(jīng)化學(xué)處置的活性炭可以有效地脫除空氣或其他載氣中的汞蒸汽。例如,在活性炭中添加碘、銀或者雙硫腙等的螯合劑,對汞蒸汽的吸附才干就會變得非常大。3.1.2.3 活性炭資料在空氣凈化中的運(yùn)用人們正在開發(fā)各種高效空氣凈化器. 活性炭資料因其優(yōu)良的吸附性能被廣泛地用作空氣凈化器中的吸附劑3.1.3 活性炭在水處置中主要用于：(1) 污水源的凈化.用活性炭吸附水中有機(jī)物、顏色、臭味、油、苯酚等；(2) 有機(jī)工業(yè)廢水處置. 由于活性炭對水中的有機(jī)物具有突出的去除才干，對一些難以被生物降解的有

8、機(jī)物更有獨(dú)特的去除效果而被用于制革廢水處置、造紙染料化工廢水處置、焦化廢水處置及其他有機(jī)廢水處置中.Tomaszewska 等研討了Mavmee 河中的有機(jī)污染物后指出：常規(guī)的處置方法不能有效地去除河水中的一些殺蟲劑等物質(zhì)，而活性炭那么有較好的去除效果，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66mg/L 降到2mg/L；(3) 無機(jī)工業(yè)廢水處置. 某些活性炭對于廢水中無機(jī)重金屬離子具有一定的選擇吸附才干. 如顆粒狀活性炭對于Ag, Pd2, Cd2, CrO42等離子的吸附去除率可達(dá)85%以上. 對其他金屬離子如銻、鉍、錫、汞、鈷

9、、鉛、鎳、鐵等均具有良好的吸附才干；(4) 飲用水及微污染水凈化領(lǐng)域. 臭氧生物活性炭工藝以其可以高效去除水中溶解性有機(jī)物和致癌突變物、出程度安、優(yōu)質(zhì)而備受矚目和注重. 在這種工藝中，活性炭起著生物膜的載體資料的作用，而且活性炭可以很快地把臭氧分解掉，使液體中的溶解氧量添加，穩(wěn)定了微生物的生息環(huán)境，為好氣性微生物的生長提供了保證.對主要污染物都有良好的去除效果，出水清澈、無色，可以滿足多種回收運(yùn)用要求. 分析闡明，大部分復(fù)原性污染物經(jīng)過生物深度處置而被去除，而微量有機(jī)物主要由臭氧生物活性炭去除. 此工藝系統(tǒng)具有除污染效率高、運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定、抗沖擊才干強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn).5 甲醛類物質(zhì)含有羰基極性基團(tuán),可以經(jīng)過

10、在活性炭外表添加一些含2NH2 的親水性有機(jī)化合物,以期經(jīng)過化學(xué)吸附和物理吸附共同作用來改善非極性的活性炭對醛類物質(zhì)的吸附性能。23.2 作為監(jiān)測手段舉例氡的測定 氡主要是鐳、釷等元素經(jīng)衰變而產(chǎn)生散逸到人們的活動空間。它主要經(jīng)過土壤和巖石的空隙自在運(yùn)動,從地下深處遷移到地表。在采用石灰?guī)r、磷酸鹽礦渣、磷石膏和煤渣磚建造的房屋中,氡進(jìn)入建筑物的速率可以高達(dá)102 Bqm3 h1。所以,在地鐵、地下室、隧道和礦井中氡的劑量會維持在一個高程度上,氡還溶于水,可從水中釋放出來。測定氡的方法主要有4類,即閃爍室法、雙濾膜法、電場搜集子體法和活性炭法。其中由于活性炭法運(yùn)用簡便,得到越來越廣泛的運(yùn)用。南京大

11、學(xué)最近研制出將被動式活性炭采樣改為自動式活性炭采樣盒。以高純鍺譜儀丈量222 Rn /220Rn的射線峰面積比,經(jīng)計算和校正后得到222 Rn和220 Rn的濃度。采樣盒由空氣采樣泵、流量計、活性炭盒(內(nèi)裝椰殼顆粒狀活性炭)和時控電路組成。氡短壽命子體214 Po的352 keV峰為222 Rn特征峰,明晰可辨,由此算出222 Rn濃度。自動式活性炭采樣系統(tǒng)是一種體積小、耗時少、操作方便的大氣氡采樣安裝,尤適用于密閉空間(如隧道、地下室、地鐵)中氡的采樣。33.3 在環(huán)境衛(wèi)生中的運(yùn)用3.3.1 室內(nèi)空氣凈化室內(nèi)空氣質(zhì)量是影響人體安康的主要環(huán)境要素之一。室內(nèi)空氣污染物的種類和數(shù)量不僅隨室外空氣污

12、染情況的變化而變化, 而且與建筑物所處的地理位置、用途及人們的活動等親密相關(guān)。據(jù)調(diào)查監(jiān)測, 室內(nèi)空氣中的污染氣體多達(dá)數(shù)十種, 可分為無機(jī)污染氣體和有機(jī)污染氣體兩類。無機(jī)污染氣體主要有：SO2 、CO、NOx 、CO2等。有機(jī)污染氣體主要有: 易揮發(fā)性有機(jī)化合物,如甲醛、甲烷、乙烯、甲胺、丁烷、甲基硫醇、乙醛、乙酸乙酯、乙酸丁酯、二氯甲烷等; 揮發(fā)性有機(jī)化合物, 如正己烷、乙醇、苯、甲苯、三氯乙烷、丁醇、二甲苯、檸檬烯等; 半揮發(fā)性有機(jī)化合物, 如尼古丁、磷酸三丁酯、鄰苯二甲酸二丁酯、鄰苯二甲酸二辛酯等。業(yè)已證明, 活性炭纖維對上述污染氣體的吸附去除才干遠(yuǎn)大于顆粒狀活性炭。以活性炭纖維為濾材的空

13、氣過濾器對二氧化硫和氮氧化物的最大去除率分別為90.14 % 和76.16 % , 使室內(nèi)空氣質(zhì)量到達(dá)規(guī)定的衛(wèi)生要求。由此可見, 活性炭纖維作為凈化室內(nèi)空氣的功能性資料具有廣泛的運(yùn)用前景。3.3.2 勞動防護(hù)用活性炭纖維氈作為夾層的防毒、防化口罩曾經(jīng)面市?；钚蕴坷w維與超細(xì)纖維結(jié)合而成的復(fù)合資料具有高強(qiáng)度的過濾性能和疏水性, 用作口罩的罩芯還可起到隔離細(xì)菌的屏障作用, 從而使得用該復(fù)合資料制成的口罩具有防毒、防化、防塵和防菌的綜合效能。負(fù)載鉑、鈀等金屬離子的活性炭纖維能選擇性地除去一氧化碳, 可用于制造防災(zāi)用口罩。83.3.3 個人生理衛(wèi)生人體氣味包括腋臭、汗臭及排泄物的氣味等, 惡臭的組分主要

14、是胺類化合物、硫醇類化合物和低級脂肪酸等。大量的實(shí)驗(yàn)研討曾經(jīng)證明, 活性炭纖維對惡臭氣體的吸附才干明顯大于顆粒狀活性炭, 具有優(yōu)良的除臭效果。同時, 活性炭纖維還具有透氣、吸汗、耐洗滌等優(yōu)良性能, 因而, 活性炭纖維可作為吸收人體氣味的襯墊資料, 置于服裝的相應(yīng)部位, 到達(dá)除臭的目的。此外, 活性炭纖維資料還可用作老年患者的坐墊或?qū)媺|等。利用活性炭纖維的除臭性能, 可將其與紙漿混合消費(fèi)出具有獨(dú)特功能的活性炭纖維紙, 繼而廣泛地用于紙質(zhì)生理衛(wèi)生用品。4化裝品中含有大量的乙醇(70% ) ,其同系物甲醇也時常被檢出,我國化裝品衛(wèi)生規(guī)范規(guī)定甲醇為限用物質(zhì).有研討運(yùn)用活性炭纖維型固相微萃取器定量分析化

15、裝品中的甲醇，利用ACF2SPME法對化裝品中的甲醇進(jìn)展了分析. 結(jié)果闡明它有很大的吸附容量和較高的靈敏度5隨著我國社會經(jīng)濟(jì)的開展, 人們對生活質(zhì)量的要求越來越高, 對環(huán)境衛(wèi)生質(zhì)量及其重要性的認(rèn)識也將更加深化, 活性炭纖維在環(huán)境衛(wèi)生領(lǐng)域的運(yùn)用必將更為廣泛。4.活性炭資料的新進(jìn)展傳統(tǒng)的炭資料為粉狀或顆粒狀活性炭，隨著研討的深化，出現(xiàn)了許多新型炭資料，有的曾經(jīng)在環(huán)境工程中得到了運(yùn)用。甚至在作為環(huán)境相容資料，在仿生資料、綠色包裝、生態(tài)建材等方面也極具前景。4.1 活性炭纖維ACFACF是繼粉狀活性炭、粒狀活性炭之后的第三代活性炭資料，已實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化消費(fèi)和運(yùn)用。ACF具有比外表積大，吸附、脫附速度非常

16、快，分量輕，生成碳粉塵少的優(yōu)點(diǎn)，還可以加工成各種不同的外形，可與其他性能的資料構(gòu)成復(fù)合資料，容易再生再利用。ACF活化生成的孔隙中90以上是微孔，為ACF提供了宏大的比外表積。ACF具有脫除氮氧化物的才干，因此運(yùn)用ACF可以實(shí)現(xiàn)脫硫脫硝。ACF還廣泛運(yùn)用于飲用水凈化、勞動防護(hù)、環(huán)境監(jiān)測、溶液回收等方面。74.2 中間相微球活性炭這種產(chǎn)品比外表積高達(dá)5000m2/g，可用于存儲甲烷、天然氣，或用于分別CO2和其他大氣成分。4.3 膨脹石墨膨脹石墨具有高化學(xué)穩(wěn)定性、耐高溫低溫、耐腐蝕、導(dǎo)電、導(dǎo)熱、平安無毒，還有高比外表積、高外表活性，具有良好的吸附性能。它對低濃度的NOx、SOx以及甲烷等有機(jī)蒸汽

17、有明顯的吸附效果，并且再生處置非常簡單，經(jīng)濟(jì)性好。膨脹石墨能選擇性的除去水中的非水性溶液，能被用于海上吸附浮油。4.4 納米碳管納米碳管具有獨(dú)特的性質(zhì)，可以再不同的領(lǐng)域得到運(yùn)用。如用做電子槍、電子開關(guān)、超級纖維、高溫部件的防護(hù)資料等。納米碳管的運(yùn)用熱點(diǎn)是高能量密度物質(zhì)的儲存。推測單壁管的儲氫量可達(dá)10質(zhì)量比，關(guān)于其儲存H2、CH4等實(shí)驗(yàn)和實(shí)際研討都在進(jìn)展。此項(xiàng)技術(shù)假設(shè)可以突破，那么可用于汽車的燃料電池，能極大的緩解化石能源的匱乏和減輕汽車排氣污染。6參考文獻(xiàn)：1 張春山 邵曼君, 活性炭資料改性及其在環(huán)境治理中的運(yùn)用 ,過程工程學(xué)報 2005年第5卷第2期2 江霞 蔣文舉 金燕 張振鵬,改性活性炭在環(huán)境維護(hù)中的運(yùn)用, 環(huán)境科學(xué)與技術(shù) 第26卷第5 期 2003年9月3 陸繼根 夏元復(fù)，活性炭法測定地下建筑中的氡,環(huán)境監(jiān)測管理與技術(shù)，第17卷第2期 2005年4月4 馬海燕 倪吾鐘,活性炭纖維的性能及其在環(huán)境衛(wèi)生中的