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活性炭除碳元素外，還含有氫和氧元素，氫和氧與碳以化學(xué)鍵結(jié)合在活性炭表面上，形成各種表面氧化物復(fù)合體，對活性炭的吸附性質(zhì)有較大影響，使活性炭與吸附質(zhì)分子發(fā)生化學(xué)作用，顯示出活性炭在吸附過程中的選擇吸附特性。
活性炭表面遍布的各種各樣的表面氧化物復(fù)合體，一般把表面氧化物分成酸性和堿性兩類�；钚蕴勘砻嫜趸锏姆N類和數(shù)量與其原材料、活化條件、預(yù)處理方法及使用過程中的氧化還原反應(yīng)等密切相關(guān)，其中受活化過程的影響較大，一般認(rèn)為在300-500度以下用濕空氣活化的活性炭以酸性氧化物為主，酸性氧化物帶有酸性氧化物基團(tuán)，如羧基、分烴基等，使活性炭具有極性性質(zhì)，容易吸附極性較強(qiáng)的化合物，如苯酚、鹵代烴等，阻礙了非極性物質(zhì)的吸附過程，在800-900度，用空氣、蒸汽或二氧化碳活化的活性炭以堿性氧化物為主，而在500-800度之間活化的則具有兩性性質(zhì)。
【活性炭比表面積和吸附能力的關(guān)系】
活性炭其主要是以含炭量較高的物質(zhì)制成，如木材、煤、果殼、骨、石油殘?jiān)取６砸託樽畛Ｓ玫脑�，在同等條件下，椰殼活性的活性質(zhì)量及特其它特性是最好的，因其有最大的比表面。
一般來說活性炭的比表面積(BET)越大，吸附力也越大，但是有時(shí)候卻不一定。
BET是用氮?dú)饣蚨⊥榈奈椒椒y出活性炭總表面積的應(yīng)用參數(shù)。按理BET越大，吸附力就越大。可是在實(shí)際應(yīng)用中這概念有局限性，因?yàn)榛钚蕴康目子写罂住⒅锌缀臀⒖椎膮^(qū)別，有時(shí)僅有部分的孔適合于某類大小吸附物的進(jìn)入。
在液相應(yīng)用中，通常有機(jī)物的吸附值隨分子量(分子大小)的提高而提高。直到分子大到不能進(jìn)孔為止。最理想的活性炭是具有大量恰好稍大于吸附物分子的孔�？滋�，吸附物進(jìn)不了;孔太大，使單位體積的表面積減少。
在氣相應(yīng)用中，小分子被吸附進(jìn)入微孔。這時(shí)總表面積的概念是合用的。至于活性炭對金屬絡(luò)合物的吸附，涉及化學(xué)鍵的形成，也不是BET越大越好
【活性炭溶劑再生法】
溶劑再生法是利用活性炭、溶劑與被吸附質(zhì)三者之間的相平衡關(guān)系,通過改變溫度、溶劑的pH值等條件,打破吸附平衡,將吸附質(zhì)從活性炭上脫附下來。這種再生工藝一般通過以下三種途徑來實(shí)現(xiàn):改變污染物的化學(xué)性質(zhì);使用對污染物親和力比活性炭更強(qiáng)的溶劑來萃取;使用對活性炭親和力比污染物更強(qiáng)的物質(zhì)進(jìn)行置換(一般僅用于以吸附質(zhì)回收為目的的使用)。根據(jù)所用溶劑的不同可分為無機(jī)溶劑再生法和有機(jī)溶劑再生法。
無機(jī)溶劑再生法主要用無機(jī)酸(H2SO4、HCl等)或堿(NaOH等)作為再生溶劑。廈門大學(xué)葉李藝等研究了苯酚和對氯苯酚水溶液在活性碳上的吸附平衡關(guān)系,溶液pH值對活性炭吸附性能的影響,苯酚在固定床上的吸附和脫附動力學(xué)。同時(shí)采用間歇法和固定床連續(xù)法研究了吸附苯酚后的活性炭堿再生工藝過程,以及多次再生對活性炭再生效率的影響,探討了堿性溶劑再生活性炭的初步規(guī)律。南京化工大學(xué)材料科學(xué)和工程學(xué)院張果金和周永璋等利用一種新型有機(jī)再生溶劑(ZL),對印染廢水處理中的活性炭進(jìn)行再生。該再生劑是一種無色透明復(fù)配有機(jī)溶劑,經(jīng)蒸餾后能反復(fù)使用,對于一些有可回收的廢熱廠家具有較高的推廣價(jià)值。
溶劑再生法比較適用于那些可逆吸附,如對高濃度、低沸點(diǎn)有機(jī)廢水的吸附。它的針對性較強(qiáng),往往一種溶劑只能脫附某些污染物,而水處理過程中的污染物種類繁多,變化不定,因此一種特定溶劑的應(yīng)用范圍較窄。
2電化學(xué)再生法
電化學(xué)再生法是一種正在研究的新型活性炭再生技術(shù)。該方法將活性炭填充在兩個(gè)主電極之間,在電解液中,加以直流電場,活性炭在電場作用下極化,一端成陽極,另一端呈陰極,形成微電解槽,在活性炭的陰極部位和陽極部位可分別發(fā)生還原反應(yīng)和氧化反應(yīng),吸附在活性炭上的污染物大部分因此而分解,小部分因電泳力作用發(fā)生脫附。
【淺談如何識別椰殼活性炭】
因椰殼活性炭比煤質(zhì)活性炭成本高許多，而且成品活性炭材質(zhì)一般不容易被普通大眾所識別。市場上常有不法銷售商利用消費(fèi)者無法識別材質(zhì)的弱點(diǎn)，用煤質(zhì)活性炭假冒椰殼活性炭銷售，不管是民用還是工業(yè)用領(lǐng)域，此現(xiàn)象都較為嚴(yán)重。
以下是簡單區(qū)分它們的幾個(gè)方法
1、椰殼活性炭屬于果殼活性炭類別，其主要特點(diǎn)是密度小、手感輕，拿在手里的重量明顯比煤質(zhì)活性炭輕。相同重量的活性炭，椰殼活性炭體積一般大于煤質(zhì)活性炭。
2、椰殼活性炭形狀一般為破碎顆粒狀、片狀，而成型活性炭，如柱狀、球狀活性炭，多為煤質(zhì)炭。
3、因椰殼活性炭密度小，手感輕，因此可以將活性炭放到水里，煤質(zhì)炭一般沉底較快，而椰殼活性炭浮在水中的時(shí)間更長，隨著活性炭吸附水分子達(dá)到飽和，加重自身重量才會逐步全部沉入水底，當(dāng)活性炭全部沉底后，會看見每顆活性炭外面都包裹著一個(gè)小氣泡，晶瑩緹透，非常有趣。
4、椰殼活性炭為小分子孔隙結(jié)構(gòu)，將活性炭放到水里，其吸附水分子時(shí)所排空氣會產(chǎn)生許多非常細(xì)小的水泡(肉眼剛好能看見)，密密麻麻的不停浮向水面。而煤質(zhì)活性炭一般為大分子孔隙結(jié)構(gòu)，所產(chǎn)生的氣泡相也對較大。
【粉狀活性炭對藻毒素的去除】
/富營養(yǎng)化湖泊中的微囊藻毒素(水華藍(lán)藻的次生代謝產(chǎn)物)對環(huán)境和人類健康的危害已成為全球關(guān)注的重大環(huán)境問題之一。微囊藻毒素能強(qiáng)烈地抑制蛋白磷酸酶(PP1、PP2A)的活性,是一種強(qiáng)烈的促癌劑。中國科學(xué)院武漢水生生物研究所近期的研究結(jié)果表明,微囊藻毒素以肝臟為唯一的靶器官,動物性腺是其攻擊的第二靶器官[11, 12]。然而,水廠常規(guī)混凝工藝對溶解性微囊藻毒素的去除效果較差,去除率一般在20%以下,難以滿足要求。有研究表明, PAC對溶解性的微囊藻毒素具有較好地吸附作用[13, 14]。考慮到微囊藻毒素的季節(jié)性特征, PAC吸附可以作為微囊藻毒素污染的應(yīng)急處理措施。PAC吸附污染物需要一定的時(shí)間,其過程可分為快速吸附、基本平衡和完全平衡三個(gè)階段。劉成等研究表明[15]PAC對兩種典型的微囊藻毒素(MC-RR和MC-LR)快速吸附階段大約需要40min,可以達(dá)到80%的左右的吸附容量。
因此對于取水口到凈水廠有一定距離的水廠,可在取水口處投加PAC,利用管道輸送時(shí)間來完成吸附過程;而對于取水口距離水廠很近,只能在水廠內(nèi)投加粉末活性炭的情況,由于吸附時(shí)間短,加之與混凝劑形成礬花后還會影響其與水中微囊藻毒素的接觸,使得粉末炭的吸附能力難以發(fā)揮,因此需適當(dāng)增加PAC的投量。隨著粉末活性炭投量的增加,對微囊藻毒素的去除效果得到明顯改善。PAC 投量為20mg/L時(shí),對MC-RR和MC-LR的去除率分別為90%和76%,也就是說對于一般原水中兩種微囊藻毒素可能發(fā)生的最大濃度(10μg/L),投加 20mL的粉末活性炭即可將兩種毒素的濃度分別降低到1μg/L和2·4μg/L,加之其他水處理單元 (混凝、消毒等)對微囊藻毒素的去除,出水水質(zhì)可以達(dá)到國家新頒布的標(biāo)準(zhǔn)(MC—LR的限值為 1μg/L)。此外, PAC對微囊藻毒素的去除率與藻毒素初始濃度無關(guān),這可以用理想吸附溶液理論和當(dāng)量本底化合物理論來證明[15]。因而,可根據(jù)原水中目標(biāo)化合物的濃度和標(biāo)準(zhǔn)的要求值來判定所需的粉末活性炭投量。
