表面化學(xué)改性活性炭處理廢水

0、前言

隨著(zhù)我國經(jīng)濟和社會(huì )發(fā)展.人們的生活水平得到了很大提高.而我們周?chē)�的水源水質(zhì)卻受到了不同程度的污染.這對居民生產(chǎn)和生活構成了很大的威脅。研究表明.受污染水中的某些有機物以及重金屬離子都對人體不利.而對人體有”三致作用”的氯消毒副產(chǎn)物fDBPs1也是水處理中要去除的物質(zhì)。

常規水處理中使用的活性炭雖然能去除一定的有機物、臭、味和重金屬離子.但效果并不十分理想。因此，人們通過(guò)對活性炭表面化學(xué)改性來(lái)提高其去除能力。表面化學(xué)改性活性炭是改性活性炭的一種，通過(guò)改變活性炭表面性質(zhì)來(lái)改善其吸附去除能力。研究表明，表面化學(xué)改性活性炭能較好地去除水中各種有害物質(zhì).在我國水處理中將發(fā)揮越來(lái)越大的作用。

1、表面化學(xué)改性活性炭

活性炭具有很強的吸附性能主要原因之一是其表面化學(xué)特性�；钚蕴康谋砻婊瘜W(xué)性質(zhì)決定了其化學(xué)吸附特性嘲活性炭材料的吸附表面化學(xué)性質(zhì)改性就是通過(guò)一定的方法改善活性炭材料吸附表面的官能團及其周邊氛圍的構造.使其成為特定吸附過(guò)程中的活性點(diǎn).從而可以控制其親水，疏水性能以及與金屬或金屬氧化物的結合能力�；钚蕴坎牧媳砻婊瘜W(xué)組成的不同會(huì )對活性炭材料的酸堿性、潤濕性、吸附選擇性、催化特性等產(chǎn)生影響�；钚蕴坎牧衔�附表面化學(xué)性質(zhì)的改性可以通過(guò)表面氧化改性、表面還原改性以及負載金屬改性等進(jìn)行。

1.1、表面氧化改性

表面氧化改性是指利用合適的氧化劑在適當的溫度下對活性炭材料表面的官能團進(jìn)行氧化處理，從而提高材料表面含氧官能團的含量.增強材料表面的親水性。常用的氧化劑主要有HN03、HClO3和H202等四。通過(guò)氧化改性的活性炭材料表面幾何形狀變得更加均一。不同的氧化劑處理后。含氧官能團的數量和種類(lèi)不同，氧化程度越高。含氧官能團越多。氧化處理可以改變活性炭的孔隙結構，比表面積、容積降低，孔隙變寬。而氧化處理在活性炭表面增加的羧基等酸性基團也可通過(guò)高溫處理去除且不影響由氧化引起的微孑L變化。

1.2、表面還原改性

表面還原改性主要是通過(guò)還原劑在適當的溫度下對活性炭表面的官能團進(jìn)行改性，從而提高含氧堿性基團的含量，增強表面的非極性。常用的還原劑有H2、N2和NaOH等。在水處理中，由于經(jīng)過(guò)還原改性的活性炭表面堿性含氧基團大量增加．在一定程度上有助于對某些污染物質(zhì)特別是有機物的吸附圈。

1.3、負栽金屬改性

負載金屬改性是通過(guò)活性炭的還原性和吸附性，使金屬離子在活性炭的表面上優(yōu)先吸附，再利用活性炭的還原性．將金屬離子還原成單質(zhì)或低價(jià)態(tài)的離子．通過(guò)金屬離子或金屬對被吸附物較強的結合力．從而增加活性炭對被吸附物的吸附性能。

目前常用負載的金屬離子包括銅離子、鐵離子等活性炭表面存在金屬還可以降低再生溫度和提高再生效率．而且活性炭材料作為催化劑載體由于可以燃燒完全，使金屬的回收成本很低，同時(shí)也不會(huì )造成二次污染。

2、表面化學(xué)改性活性炭在水處理中的應用

2.1、表面化學(xué)改性活性炭去除水中有機物

Haghseresht等人在表面化學(xué)改性活性炭去除水中有機物實(shí)驗中發(fā)現，經(jīng)H：和N：改性后的活性炭對水溶液中p一甲酚、硝基苯和p一硝基苯酚等有機物的吸附．較未處理過(guò)的活性炭吸附量大。范延臻等認為以去除水中有機污染物為目的的活性炭表面改性的方向應為：減少表面內酯基及羧基等含氧官能團的含量。增加活性炭表面的疏水性。劉春英、袁存光等用載銅活性炭催化氧化深度降解石油污水中的COD。效果明顯。該法是用載體活性炭作吸附催化劑．利用污水中的溶解氧催化氧化可深度降解石油污水中的COD。即在CufNO3)浸漬液濃度為7．5％，熱固溫度為260℃．時(shí)間為l2h條件下制備的水處理填充劑．對pH7—8、溫度25cI=一35cI=的石油污水的COD值濃度降至100m以下。

張建策采用岳陽(yáng)市自來(lái)水公司一廠(chǎng)的水樣進(jìn)行實(shí)驗發(fā)現．氯化消毒后的高色度水中其三氯甲烷(THMs)含量高達107g，dm3。將活性炭表面化學(xué)改性并對常規水處理后的高色度水進(jìn)行吸附處理。結果表明：改性后的活性炭對，I’HMs吸附大大提高，當水溶液的pH：pHPZC(零電荷點(diǎn))時(shí)，活性炭對rIHMs的吸附量最大．此時(shí)水樣中THMs的含量?jì)H為44dm3。

陳國樹(shù)等在苯胺的柱式分離與測定的實(shí)驗中發(fā)現．經(jīng)過(guò)C處理后的活性炭有著(zhù)比活性炭更強的吸附苯胺的能力。隨著(zhù)改性活性炭的C1s重量百分濃度的增加。苯胺的去除率逐漸提高。當C的重量百分濃度為o．7％時(shí)。苯胺的去除率可達99-3％。

2.2、表面化學(xué)改性活性炭去除水中重金屬離子

表面化學(xué)改性活性炭對于廢水中無(wú)機重金屬離子具有一定的選擇吸附能力。實(shí)驗表明，其對Ag+，Pd2+，Cd2+，Cr()42一等離子的吸附去除率達到85％以上，對其它金屬離子如銻、鉍、錫、汞、鈷、鉛、鎳、鐵等也具有良好的吸附能力。

張建策等在表面改性活性炭吸附重金屬的實(shí)驗中。以Pb2+為例。對活性炭去除水中重金屬的性能與機理進(jìn)行了探討。并研究了水中Ca：+的存在對活性炭吸附重金屬的影響。實(shí)驗表明：經(jīng)硝酸深度氧化的活性炭可顯著(zhù)增加Pb：+吸附量．水中的Ca2+、M吸附影響不大。

李湘洲等在活性炭表面改性及其對Cr3+吸附性能的研究中，分別用HNO、H2sO以及HNO加乙酸銅溶液對活性炭進(jìn)行了表面化學(xué)改性處理，研究了改性活性炭對C吸附性能的影響。實(shí)驗結果表明：通過(guò)上述改性，活性炭表面官能團數量發(fā)生了顯著(zhù)改變．特別是羧基增加較多；改性后的活性炭對Cr3+吸附性能有所提高。

余梅芳在化學(xué)改性活性炭對Cu+離子吸附性能的研究實(shí)驗中．將市售粉狀活性炭用16％硝酸進(jìn)行氧化．再用0．1moL門(mén)L的氫氧化鈉進(jìn)行處理，制得化學(xué)改性活性炭．并對其吸附性能進(jìn)行了研究。結果表明。改性后的活性炭較改性前對Cu+離子的吸附能力提高6O％以上。

2.3、表面化學(xué)改性活性炭去除水中陰離子

王琳等利用強氧化劑對活性炭進(jìn)行改性．改變了活性炭表面官能團的性質(zhì)．使原來(lái)具有催化還原能力的官能團改性為具有氧化能力的官能團。從而抑制了活性炭吸附水中亞硝酸鹽的形成，出水中亞硝酸鹽的濃度從未改性活性炭的2．OmL，降低為改性后的O．O1mg，L。

Chiang在負載金屬對活性炭吸附性能的影響的實(shí)驗中，用Mg(NO3)：和Ba(NO3)處理活性炭．處理后活性炭的表面含氧和含氮量增強，改性活性炭可有效地去除SO一，其將SO32一進(jìn)一步催化氧化成SO42．。與未改性前相比，改性后的活性炭去除效果大大提高。

王重慶等在表面改性活性炭對CO的吸附性能實(shí)驗中發(fā)現．在去除硬度的裝置后面加改性活性炭單元�？捎行У叵�除水中過(guò)多的碳酸鹽，避免其轉化為HCO，造成C0：排人大氣引起溫室效應。研究發(fā)現．以7mol／L硝酸溶液加0．4m0l／L醋酸銅溶液對活性炭進(jìn)行表面改性處理后，吸附CO32嗷果最好。

2.4、表面化學(xué)改性活性炭去除其它物質(zhì)

F．Rozada閻在深入研究物質(zhì)活性炭制備工藝的基礎上．將化學(xué)改性活性炭應用于亞甲基藍染料廢水的處理中發(fā)現。改性活性炭投加量為2％。吸附1h后對活性艷紅X．_3B染料廢水色度的脫除率達99．7％。

LiL_QuirdivanPA等研究改性活性炭除臭的機理后發(fā)現．活性炭本身對氨等堿性物質(zhì)以及硫化氫、甲硫醚、醛類(lèi)等的吸附保持能力小，而加入堿性藥劑改性后。其除臭能力將大大提高。

T0maszewska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(chóng)劑等物質(zhì)．而經(jīng)一定濃度的Na0H等化學(xué)藥劑改性后的活性炭則有較好的去除效果，在河水中投入l0m璣的改性活性炭可以將引起臭味的土臭素fGe0smin1和2一甲基異茨酸fMIB1從66m璣降到2m。具體參見(jiàn)http://www.sharpedgetext.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。

3、存在問(wèn)題

(1)表面化學(xué)改性活性炭因其獨特的優(yōu)點(diǎn)得到廣泛的應用。但如何降低表面化學(xué)改性活性炭的生產(chǎn)成本、優(yōu)化生產(chǎn)工藝．及針對不同的用途進(jìn)行活性炭表面的改性等問(wèn)題．是未來(lái)對活性炭改性要考慮的問(wèn)題。

(2)通過(guò)化學(xué)方法可以使活性炭表面的化學(xué)性質(zhì)發(fā)生改變．增加酸堿基團的相對含量可選擇吸附極性不同的物質(zhì)：但是應該看到．活性炭表面改性的同時(shí)．伴隨著(zhù)表面化學(xué)結構的變化．其表面積、孔容以及孑L徑分布等都會(huì )發(fā)生改變．這就大大影響活性炭的吸附性所以．在進(jìn)行表面化學(xué)改性時(shí)要綜合考慮物理結構和化學(xué)結構雙重變化引起的影響。

(3)至今為止。雖然表面化學(xué)改性活性炭的應用取得一定進(jìn)展．但改性活性炭的再生及回用是個(gè)值得注意的問(wèn)題．如何找到一個(gè)科學(xué)的方法提高改性活性炭的利用率以促進(jìn)其在水處理中的廣泛應用是有待深入研究且具有十分重大意義的課題。

改變活性炭表面化學(xué)性質(zhì)，可顯著(zhù)提高其吸附效率和改善其吸附選擇性及其催化性能目前．國內外專(zhuān)家正深入研究改性活性炭的制備及其應用領(lǐng)域，努力開(kāi)發(fā)改性活性炭新產(chǎn)品，使其在水處理中發(fā)揮更大的作用。