活性炭在环境工程中的应用

活性炭在环境工程中的应用

郑海帅

河北融洋安全检测有限公司河北邯郸056000

摘要：随着社会发展步伐的不断加快，环境污染问题也日趋严重，这在一定程度上给大众健康带来了危害，必须要加以重视、妥善解决。有研究表明，活性炭在环境治理过程中显现出优势性能，其中较为明显的是自身的吸附功能，继而能够实现环境的保护。文章简要阐述了环境工程治理过程中活性炭的应用原理及实施效果，并概述应用过程中需要注意的事项，谨以此给予理论参考依据。

关键词：活性炭；环境工程；应用

活性炭在市场上的应用范围相对较广，如食品加工、药品制作、化工原料生产等等，伴随社会经济的持续发展，活性炭逐渐应用到环境治理之中，其对污水处理或是环境污染治理效果显著。从某种程度来说，活性炭属于固体材料，且是黑色多孔材质，主要构成因素是碳和其他灰分，因为构造存在较多孔隙，因而吸附功能较强。

1活性炭性质及特点

活性炭是一种由煤、沥青、石油焦、果壳等含碳原料制成的外观呈黑色的粉末状或颗粒状的无定形碳。活性炭内部孔隙结构发达、比表面积大、吸附能力强。普通活性炭的比表面积为500～1500m2/g,超级活性炭比表面积则高达3500～5000m2/g。活性炭所含主要元素是碳,含量为90%～95%。氧和氢大部分是以化学键的形式与碳原子相结合形成有机官能团,氧含量4%～5%左右,氢含量一般是1%～2%。活性炭中最常见的官能团有:羧基、酚羟基和醌型羧基,此外还有醚、酯等。活性炭性质与很多因素有关,比如制备原料,活化剂种类,活化剂用量,活化温度,活化时间,加热方式等。不同的制备方式所制备的活性炭的物理结构和化学性质有很大的差别,因此对于同一种吸附质来说,其吸附性能也有很大的差异性。一般认为,磷酸法制备的活性炭具有较多的介孔和较强的离子交换能力,碱法制备的活性炭微孔比较发达。因此可根据不同吸附质的特点选择所需要的活性炭种类。

根据不同吸附质的特点选用不同性质的活性炭种类是非常重要的。活性炭吸附作用有包括物理吸附和化学吸附。物理吸附主要发生在活性炭丰富的微孔中,比如通过范德华力进行吸附,物理吸附吸附热很小,且是可逆的。另一方面由于活性炭表面存在不均匀力场,表面上的原子往往还有剩余的成键能力,当吸附质碰撞到活性炭表面上时便与表面原子间发生电子的交换、转移或共有,形成吸附化学键的吸附作用发生电子的转移、交换或共有,形成吸附化学键的吸附,此过程为化学吸附。

2活性炭在水处理方面的应用

作为一种广谱的吸附剂,活性炭的应用和研究开发越来越受到人们的重视。20世纪70年代以前,活性炭在国内的应用主要集中于制糖、制药和味精行业;后来又扩展到水处理和环保等行业;20世纪90年代,除以上领域外,扩大到溶剂回收、载体、医药、黄金提取、食品饮料提纯、超级电容等众多应用领域陈。对于活性炭应用的研究,正在向更广泛的领域展开。

2.1活性炭对水中重金属离子的吸附

目前冶金、电镀、电解、纺织印染、油漆、合金、造纸与尤机颜料制造等行业,每年排放大量含有多种重金属离子的工业废水。活性炭以其独特的物理、化学性质成为去除重金属离子的常用吸附剂之一。在电镀中行业中,铬是用量较大的一种重金属原料,在废水中随pH值的不同,六价铬会以不同的形态存在。活性炭有非常发达的微孔结构和较高的比表面积,具有极强的物理吸附能力,但是,我们前期研究表明活性炭对以阴离子存在的重金属吸附效果不佳,对于这种以阴离子存在的吸附质,需要对活性炭表面进行修饰,比如在借助活性炭巨大的比表面积在其表面上负载铁或者是其他的正价金属,通过对Cr产生化学吸附作用。达到去除水中微量Cr的目的。改性后的活性炭完全可以用于处理电镀废水中的Cr,且吸附后的水可达到国家排放标准。对于正价重金属离子的去除,活性炭是比较有优势的,陈芳艳等以活性炭纤维作为吸附剂,考察了水样pH和震荡时间对去除水中镉、镍、铜三种重金属离子吸附效果的影响。结果表明,活性炭纤维对水中三种重金属离子都具有良好的吸附性能,且吸附后的吸附剂易于再生,可重复利用,是去除水中离子态重金属的优良吸附剂。

2.2对水中有机物的吸附

活性炭对水中有机污染物有良好的吸附能力。如酚类化合物、苯类化合物、石油及石油产品等具有较强的吸附能力,而且对用生物法和其它化学法难以去除的有机污染物,除草剂、杀虫剂、农药、如异臭、亚甲蓝表面活性物质、合成染料、胺类化合物、合成洗涤剂及许多人工合成的有机化合物等都有较好的去除效果。吸附效果好,且没有副产物的生成,克服了生物和化学方法处理化可能会产生更有毒性副产物的这一弱点。同时,活性炭吸附法对微污染有机物有很好的去除效果,这是其他方法所不及的。所以活性炭一般过滤作为最后的处理。

3环境保护空气处理中的应用

基于现状分析来看，空气污染问题日益严重，是亟待解决的环境问题，活性炭由于自身的优势性而成为首选的解决方案。活性炭是空气净化的重要材料，其应用范围正在不断拓宽。

在排烟脱硫过程中，国外先进国家应用活性炭获得了较好的成效，而这个过程的原理相对比较简单，主要是通过两种物质发生反应，分别是二氧化碳、氧气，而且是需要在100℃高温下进行的，与此同时，还需借助活性炭化学性，最终形成三氧化硫，于水蒸气环境下，继而生成硫酸，最后被活性炭吸附，具体化学公式如下：SO2+1/202+H20→H2SO4。在处理过程中，可以借助以下方式将硫酸气脱附，比如水洗、氨水洗、水蒸气加热、不活性气体等等，通过上述方法可以达到下述目的，即回收元素硫以及其化合物，继而实现再次循环利用。但是从某种程度来说，这种脱硫方法具有一定的弊端，在前期阶段，需要使用很多活性炭，投资相对较高，而且活性炭的来源问题也是重中之重，该问题仍需进行深入的探讨研究。

室内空气污染的主要形式的是挥发性溶剂，除此之外，污染的来源还有抽烟或是汗酸味，与此同时，还存在少量的CO、CO2、H2S、SO2、NH3、氮氧化物。因此，在室内排气位置，需要放置活性炭，目的是为了实施空气过滤，再借助活性炭自身的吸附功能，有效治理室内空气污染，其功效较为显著。

4结语

综上所述，伴随社会经济发展的加快，环境污染问题日益突出，这对于我国经济的可持续发展是非常不利的。活性炭由于自身的吸附功能可以有效处理污染问题，现阶段在水处理及空气污染处理中发挥了良好的成效。但从目前情况来看，活性炭在应对环境污染治理时还存在一定的局限，在今后的发展过程中还需对其不断优化。

参考文献：

[1]杨波.活性炭在太钢450烧结烟气脱硫脱硝工程中的应用及展望[J].科学之友，2011（15）.

[2]余琼粉，李明，宁平，易红宏，唐晓龙，陈玉保.核桃壳活性炭的制备及其在环境保护中的应用[J].化学工业与工程，2011（06）.

[3]易玉敏.污泥制备活性炭吸附剂及其在环境保护中的应用[J].云南化工，2013（05）.

[4]单绍复.活性炭的吸附原理及在环境工程中的应用[J].污染防治技术.1991(04)

[5]张富韬,方少明,松全元.活性炭对垃圾渗滤液中甲醛、苯酚和苯胺吸附规律的研究[J].安全与环境学报.2003(04)