襄樊 果殼活性炭吸附機(jī)理簡(jiǎn)述果殼活性炭吸附效果活性炭吸附機(jī)理簡(jiǎn)述
活性炭是把有機(jī)原料（果殼、煤、木材等）經(jīng)過隔絕空氣的條件下加熱減少非碳成分（此過程稱為炭化），然后與氣體反應(yīng)，表面被侵蝕，產(chǎn)生微孔發(fā)達(dá)的構(gòu)造（此過程稱為活化）。由于活化的過程是一個(gè)微觀的過程，也就說大量的分子碳化物表面侵蝕是點(diǎn)狀侵蝕的，所以造成了活性炭表面的微孔直徑小，活性炭表面的微孔直徑大多在2-50nm之間，所以，即使是少量的活性炭，也有巨大的表面積（可達(dá)3000m2/g）?；钚蕴康囊磺袘?yīng)用，幾乎都基于活性炭的這一特點(diǎn)。目前，活性炭主要作為固體吸附劑，應(yīng)用在化工、醫(yī)藥、環(huán)境等方面，用于吸附沸點(diǎn)及臨界溫度較高的物質(zhì)，分子量較大的有機(jī)物。在活性炭發(fā)生的主要是物理吸附，大多數(shù)是單層分子吸附，其吸附量與被吸附物的濃度服從朗格繆爾方程式。
活性炭改性就是指用一定的方法處理活性炭使其表面官能團(tuán)性質(zhì)及數(shù)量發(fā)生變化。不同的處理方法可以得到不同的改性活性炭。若用濃硝酸氧化,則活性炭表面酸性基團(tuán)增多,親水性增強(qiáng),這就不利于活性炭對(duì)水中苯酚、苯胺、腐殖酸、氯仿等有機(jī)物的吸附。因此,以去除有機(jī)污染物為目的的活性炭表面改性的研究方向應(yīng)為:減少表面內(nèi)酯基及羧基等含氧官能團(tuán)的含量,增加活性炭表面的疏水性。有研究中發(fā)現(xiàn),用ＨＮＯ3氧化的活性炭在300～400℃下進(jìn)行熱處理,其表面可產(chǎn)生較多的酸性基團(tuán),獲得較高的陽離子交換量,對(duì)重金屬離子Ｃｒ(Ⅲ)有很好的吸附交換能力；而若將氧化處理的活性炭在高溫下(800℃以上)灼燒,則其表面會(huì)產(chǎn)生較多的堿性基團(tuán),獲得較高的陰離子交換容量,對(duì)陰離子表現(xiàn)出較強(qiáng)的吸附交換能力。.武漢理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院的王勇等人將線型酚醛樹脂和TiO2混合磨碎,經(jīng)炭化、活化處理后,TiO2粒子與酚醛樹脂活性炭融合成一體,形成光催化復(fù)合材料,用于處理含酚廢水,在紫外線照射下,該材料顯示出有較好的光催化含酚廢水的能力。而含酚廢水在沒該材料的太陽紫外線照射下是不會(huì)自動(dòng)降解的，也不可用生物法降解。這個(gè)發(fā)現(xiàn)對(duì)此類廢水的處理有重大的環(huán)保意義。
首先，活性炭可以作為催化劑的載體?；钚蕴勘旧砭薮蟮谋砻娣e為水中的化學(xué)反應(yīng)提供了大量的反應(yīng)場(chǎng)所，增加了反應(yīng)物碰撞的機(jī)會(huì)，加速反應(yīng)的過程。也就是說，活性炭本身就可作為催化劑。對(duì)于某些比重大于水或容易形成沉淀的催化劑（例如某些金屬催化劑），活性炭的存在使這些催化劑可以長期與反應(yīng)物接觸而不被生成物所覆蓋，造成催化劑的失效。這對(duì)于含重金屬離子廢水的處理有重要意義。第二，活性炭可以作為分解水中有機(jī)物的生物的載體。這是因?yàn)榛钚蕴勘砻嫖搅擞袡C(jī)物以后，可以成為微生物理想的穩(wěn)定的生長、繁殖場(chǎng)所。而且，利用活性炭作為微生物的載體，可以減少出水中的細(xì)菌個(gè)數(shù)。其實(shí)，活性炭的這種作用有點(diǎn)類似污水生物膜法（例如生物轉(zhuǎn)盤），但它比生物膜法具有更大的表面積，更有利于反應(yīng)充分的進(jìn)行，但是它的氧交換能力不如生物膜法?；钚蕴刻幚淼倪^程原理以及選擇的運(yùn)轉(zhuǎn)參數(shù)與操作條件等有關(guān)
由于活性炭水處理所涉及的吸附過程和作用原理較為復(fù)雜，因此影響因素也較多。主要與活性炭的性質(zhì)、水中污染物的性質(zhì)、活性炭處理的過程原理以及選擇的運(yùn)轉(zhuǎn)參數(shù)與操作條件等有關(guān)。
一、活性炭的性質(zhì)
由于吸附現(xiàn)象發(fā)生在吸附劑表面上，所以吸附劑的比表面積是影響吸附的重要因素之一，比表面積越大，吸附性能越好。
因?yàn)槲竭^程可看成三個(gè)階段，內(nèi)擴(kuò)散對(duì)吸附速度影響較大，所以活性炭的微孔分布是影響吸附的另一重要因素。
此外活性炭的表面化學(xué)性質(zhì)、極性及所帶電荷，也影響吸附的效果。
用于水處理的活性炭應(yīng)有三項(xiàng)要求：吸附容量大、吸附速度快、機(jī)械強(qiáng)度好。活性炭的吸附容量附其他外界條件外，主要與活性炭比表面積有關(guān)，比表面積大，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20~1000A）較為發(fā)達(dá)，有利于吸附質(zhì)向微細(xì)孔中擴(kuò)散?；钚蕴康牧６仍叫∥剿俣仍娇欤^損失要增大，一般在8~30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。
二、吸附質(zhì)（溶質(zhì)或污染物）的性質(zhì)
同一種活性炭對(duì)于不同污染物的吸附能力有很大差別。
（一）溶解度
對(duì)同一族物質(zhì)的溶解度隨鏈的加長而降低，而吸附容量隨同系物的系列上升或分子量的增大而增加。溶解度越小，越易吸附。
如活性炭從水中吸附有機(jī)酸的次序是按甲酸--乙酸--丙酸--丁酸而增加。
?。ǘ┓肿訕?gòu)造
吸附質(zhì)分子的大小和化學(xué)結(jié)構(gòu)對(duì)吸附也有較大的影響。因?yàn)槲剿俣仁軆?nèi)擴(kuò)散速度的影響，吸附質(zhì)（溶質(zhì)）分子的大小與活性炭孔徑大小成一定比例，最利于吸附。在同系物中，分子大的較分子小的易吸附。不飽和鍵的有機(jī)物較飽和的易吸附。芳香族的有機(jī)物較脂肪族的有機(jī)物易于吸附。
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活性炭基本可以看成是一種非極性的吸附劑，對(duì)水中非極性物質(zhì)的吸附能力大于極性物質(zhì)。
（四）吸附制裁（溶質(zhì)）
吸附質(zhì)的濃度在一定范圍時(shí)，隨著濃度增高，吸附容量增大。因此吸附質(zhì)（溶質(zhì)）的濃度變化，活性炭對(duì)該種吸附質(zhì)（溶質(zhì)）的吸附容量也變化。
三、溶液pH的影響
溶液pH值對(duì)吸附的影響，要與活性炭和吸附質(zhì)（溶質(zhì)）的影響綜合考慮。
溶液pH值控制了酸性或堿性化合物的離解度，當(dāng)pH值達(dá)到某個(gè)范圍時(shí)，這些化合物就要離解，影響對(duì)這些化合物的吸附。
溶液的pH值還會(huì)影響吸附質(zhì)（溶質(zhì)）的溶解度，以及影響膠體物質(zhì)吸附質(zhì)（溶質(zhì)）的帶電情況。
由于活性炭能吸附水中氫、氧離子，因此影響對(duì)其他離子的吸附。
活性炭從水中吸附有機(jī)污染物質(zhì)的效果，一般隨溶液pH值的增加而降低，pH值高于9.0時(shí)，不易吸附，pH值越低時(shí)效果越好。在實(shí)際應(yīng)用中，通過試驗(yàn)確定最佳pH值范圍。
四、溶液溫度的影響
因?yàn)橐合辔綍r(shí)吸附熱較小，所以溶液溫度的影響較小。
吸附是放熱反應(yīng)。吸附熱，即活性炭吸附單位重量的吸附質(zhì)（溶質(zhì)）放出的總熱量，以KJ/mol為單位。吸附熱越大，溫度對(duì)吸附的影響越大。
另一方面，溫度對(duì)物質(zhì)的溶解度有影響，因此對(duì)吸附也有影響。
用活性炭處理水時(shí)，溫度對(duì)吸附的影響不顯著。
五、多組分吸附質(zhì)共存的影響
應(yīng)用吸附法處理水時(shí)，通常水中不是單一的污染物質(zhì)，而是多組分污染物的混合物。在吸附時(shí)，它們之間可以共吸附，互相促進(jìn)或互相干擾。一般情況下，多組分吸附時(shí)分別的吸附容量比單組分吸附時(shí)低。
六、吸附操作條件
因?yàn)榛钚蕴恳合辔綍r(shí)，外擴(kuò)散（液膜擴(kuò)散）速度對(duì)吸附有影響，所以吸附裝置的型式、接觸時(shí)間（通水速度）等對(duì)吸附效果都有影響。
綜上所述，影響吸附的因素很多，應(yīng)綜合分析，根據(jù)具體情況，選擇最佳吸附條件，達(dá)到最好的吸附效果?；钚蕴刻幚淼倪^程原理以及選擇的運(yùn)轉(zhuǎn)參數(shù)與操作條件等有關(guān)
由于活性炭水處理所涉及的吸附過程和作用原理較為復(fù)雜，因此影響因素也較多。主要與活性炭的性質(zhì)、水中污染物的性質(zhì)、活性炭處理的過程原理以及選擇的運(yùn)轉(zhuǎn)參數(shù)與操作條件等有關(guān)。
一、活性炭的性質(zhì)
由于吸附現(xiàn)象發(fā)生在吸附劑表面上，所以吸附劑的比表面積是影響吸附的重要因素之一，比表面積越大，吸附性能越好。
因?yàn)槲竭^程可看成三個(gè)階段，內(nèi)擴(kuò)散對(duì)吸附速度影響較大，所以活性炭的微孔分布是影響吸附的另一重要因素。
此外活性炭的表面化學(xué)性質(zhì)、極性及所帶電荷，也影響吸附的效果。
用于水處理的活性炭應(yīng)有三項(xiàng)要求：吸附容量大、吸附速度快、機(jī)械強(qiáng)度好?；钚蕴康奈饺萘扛狡渌饨鐥l件外，主要與活性炭比表面積有關(guān)，比表面積大，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20~1000A）較為發(fā)達(dá)，有利于吸附質(zhì)向微細(xì)孔中擴(kuò)散?；钚蕴康牧６仍叫∥剿俣仍娇?，但水頭損失要增大，一般在8~30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。
二、吸附質(zhì)（溶質(zhì)或污染物）的性質(zhì)
同一種活性炭對(duì)于不同污染物的吸附能力有很大差別。
（一）溶解度
對(duì)同一族物質(zhì)的溶解度隨鏈的加長而降低，而吸附容量隨同系物的系列上升或分子量的增大而增加。溶解度越小，越易吸附。
如活性炭從水中吸附有機(jī)酸的次序是按甲酸--乙酸--丙酸--丁酸而增加。
?。ǘ┓肿訕?gòu)造
吸附質(zhì)分子的大小和化學(xué)結(jié)構(gòu)對(duì)吸附也有較大的影響。因?yàn)槲剿俣仁軆?nèi)擴(kuò)散速度的影響，吸附質(zhì)（溶質(zhì)）分子的大小與活性炭孔徑大小成一定比例，最利于吸附。在同系物中，分子大的較分子小的易吸附。不飽和鍵的有機(jī)物較飽和的易吸附。芳香族的有機(jī)物較脂肪族的有機(jī)物易于吸附。
（三）極性
活性炭基本可以看成是一種非極性的吸附劑，對(duì)水中非極性物質(zhì)的吸附能力大于極性物質(zhì)。
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吸附質(zhì)的濃度在一定范圍時(shí)，隨著濃度增高，吸附容量增大。因此吸附質(zhì)（溶質(zhì)）的濃度變化，活性炭對(duì)該種吸附質(zhì)（溶質(zhì)）的吸附容量也變化。
三、溶液pH的影響
溶液pH值對(duì)吸附的影響，要與活性炭和吸附質(zhì)（溶質(zhì)）的影響綜合考慮。
溶液pH值控制了酸性或堿性化合物的離解度，當(dāng)pH值達(dá)到某個(gè)范圍時(shí)，這些化合物就要離解，影響對(duì)這些化合物的吸附。
溶液的pH值還會(huì)影響吸附質(zhì)（溶質(zhì)）的溶解度，以及影響膠體物質(zhì)吸附質(zhì)（溶質(zhì)）的帶電情況。
由于活性炭能吸附水中氫、氧離子，因此影響對(duì)其他離子的吸附。
活性炭從水中吸附有機(jī)污染物質(zhì)的效果，一般隨溶液pH值的增加而降低，pH值高于9.0時(shí)，不易吸附，pH值越低時(shí)效果越好。在實(shí)際應(yīng)用中，通過試驗(yàn)確定最佳pH值范圍。
四、溶液溫度的影響
因?yàn)橐合辔綍r(shí)吸附熱較小，所以溶液溫度的影響較小。
吸附是放熱反應(yīng)。吸附熱，即活性炭吸附單位重量的吸附質(zhì)（溶質(zhì)）放出的總熱量，以KJ/mol為單位。吸附熱越大，溫度對(duì)吸附的影響越大。
另一方面，溫度對(duì)物質(zhì)的溶解度有影響，因此對(duì)吸附也有影響。
用活性炭處理水時(shí)，溫度對(duì)吸附的影響不顯著。
五、多組分吸附質(zhì)共存的影響
應(yīng)用吸附法處理水時(shí)，通常水中不是單一的污染物質(zhì)，而是多組分污染物的混合物。在吸附時(shí)，它們之間可以共吸附，互相促進(jìn)或互相干擾。一般情況下，多組分吸附時(shí)分別的吸附容量比單組分吸附時(shí)低。
六、吸附操作條件
因?yàn)榛钚蕴恳合辔綍r(shí)，外擴(kuò)散（液膜擴(kuò)散）速度對(duì)吸附有影響，所以吸附裝置的型式、接觸時(shí)間（通水速度）等對(duì)吸附效果都有影響。
綜上所述，影響吸附的因素很多，應(yīng)綜合分析，根據(jù)具體情況，選擇最佳吸附條件，達(dá)到最好的吸附效果。
