文档库 最新最全的文档下载
当前位置:文档库 › 微波_活性炭联合作用在污染控制中的应用

微波_活性炭联合作用在污染控制中的应用

微波_活性炭联合作用在污染控制中的应用
微波_活性炭联合作用在污染控制中的应用

第3卷 第7期环境工程学报

Vol.3,No.72009年7月

Chinese Journal of Envir on mental Engineering

Jul .2009

微波2活性炭联合作用在污染控制中的应用

赵 伟

1,2

 刘希涛

23

(11中国科学技术信息研究所资源共享促进中心,北京100038;21北京师范大学环境学院水环境模拟国家重点实验室,北京100875)

摘 要 近年来,微波技术被越来越多地应用于污染控制方面的研究,其中相当一部分工作是借助于微波与活性炭的相互作用,即利用活性炭在微波辐照下可快速升温的特性,获得较高反应温度,同时活性炭还具有较强的还原能力和催化作用,从而达到分解吸附在活性炭孔隙内部或与活性炭共存于同一体系中的污染物的目的。首先从活性炭在微波场中升温的角度探讨了微波辐照对活性炭的作用,并就微波2活性炭联合作用在气态污染物处理、液态污染物处理、土壤污染修复以及活性炭为载体的催化剂制备等方面的研究进展进行了评述。

关键词 微波 活性炭 污染控制 催化剂制备

中图分类号 X505 文献标识码 A 文章编号 167329108(2009)0721153207

Appli ca ti on of the com b i n ed effect of m i crowave and acti va ted

carbon i n polluti on con trol

Zhao W ei 1,2

 L iu Xitao

2

(11Center for Res ource Sharing Pr omoti on,I nstitute of Scientific and Technical I nfor mati on of China,Beijing 100038,China;

21State Key Laborat ory of W ater Envir onment Si m ulati on,School of Envir onment,Beijing Nor mal University,

Beijing 100875,China )

Abstract I n recent years,more and more investigati ons on the app licati on of m icr owave technol ogy in pol 2luti on contr ol were reported,and many of the m utilized the interacti on bet w een m icr owave and activated carbon 1Since activated carbon is a very good m icr owave abs orbing material,whose te mperature rises very fast under m i 2cr owave irradiati on,and it is als o an effective reductant and catalyst,pollutants ads orbed by or existing with acti 2vated carbon can be decomposed efficiently by m icr owave heating 1This paper discussed the interacti on of m icr o 2wave and activated carbon fr om the point of carbon te mperature rising in m icr o wave field,and summarized the re 2search p r ogresses of the combined effect of m icr owave and activated carbon in the treat m ent of conta m inated air,water and s oil,al ong with in the p reparati on of carbon 2supported catalyst 1

Key words m icr owave;activated carbon;polluti on contr ol;catalyst p reparati on

基金项目:国家“973”重点基础研究发展规划项目(2007CB407302);

国家自然科学基金资助项目(20607003);国家重点实验室专项基金课题资助项目(08K06ESPCT )

收稿日期:2009-01-05;修订日期:2009-02-07

作者简介:赵伟(1975~),女,博士,助理研究员,主要从事科技信息

资源管理工作。E 2mail:zhaowei@istic 1ac 1cn

3通讯联系人,E 2mail:liuxt@bnu 1edu 1cn

微波是频率在300MHz 到300GHz (波长1m ~1mm )的电磁波。近年来,微波辐射由于其分子水平的加热能力可引发均匀和快速的热反应,引起了化学家的广泛关注

[1]

。微波在家庭中、工业上和医药行业中被广泛应用[2],在有机合成[3,4]

、产品脱水[5]、无机材料制备[6]、生物技术开发[7]、环境样品分析[8]以及食品灭菌[9]

等领域,都有关于微波应用的报道。微波在污染控制领域的应用也有报道,如

微波辐照处理被用于多氯联苯(PCB s )[10]

和多环芳烃(P AH s )[11]

污染的土壤的修复,也被用于含重金

属的污泥

[12]

和包装废物

[13]

的处理。

活性炭作为一种最常见和十分有效的吸附剂,在气态污染物

[14]

和液态污染物

[15]

处理方面都有十

分广泛的应用。活性炭吸附法是目前城市污水、工业废水深度处理和污染水源净化的一种有效手段。另外,活性炭在应对突发性环境污染事故方面也发挥着很大的作用,如在2005年底的松花江环境污染事件中就曾使用大量活性炭保障饮用水安全。但活性炭在使用过程中面临一个很重要的问题,就是活

性炭的再生,如果用后的活性炭不能得到有效再生,

环境工程学报第3卷

不仅会使污染物处理成本增加,还会带来二次污染问题。

鉴于活性炭是一种非常好的微波吸收材料,在微波作用下其温度可迅速升高,并且在高温下碳材料本身具有较强的还原作用,另外,活性炭制备过程中引入的金属元素对各类反应具有一定的催化作用,因此近年来国内外一些学者不断地探索利用微波与活性炭的联合作用处理各种形态的污染物。一种方式是先将气态或液态污染物吸附到活性炭内部孔隙,然后进行微波辐照处理,在污染物分解的同时实现活性炭再生;另一种方式是将活性炭颗粒置于待处理的介质中(水溶液或土壤),启动微波进行处理,期间可能添加其他反应物辅助处理。本文将首先探讨活性炭在微波场中的升温过程,然后结合作者近年来开展的工作对微波2活性炭相互作用在气、

研究进行综述,希望能为相关研究的开展提供有益的参考。

1 微波辐照对活性炭的作用

一般来说,介质在微波场中的加热通过2种机理实现,即离子传导和偶极子转动。在微波加热的实际应用中,2种机理的微波能耗散同时存在[16]。为了解微波辐照对活性炭的作用,一个比较直接的办法是测定活性炭在微波场中的升温过程。

111 微波场测温方法的选择

光纤测温仪和红外测温仪都可用于微波场温度的测量,但光纤测温仪产品稳定性较差,造价高,而红外测温仪测定的是物体表面的温度,且使用不方便,因而限制了它们在微波场测温中的推广应用[17]。

一般认为传统的热电偶不能应用于微波场测温,因为电磁场和金属探头之间会发生相互作用[18]。在强电磁场下,金属材料制作的测温探头及导线在高频电磁场下产生感应电流,由于集肤效应和涡流效应,使其自身温度升高,对温度测量造成干扰,使温度示值产生很大误差或者无法进行稳定的温度测量。而有报道称,当热电偶探头与电磁场的方向垂直时不会影响电磁场的分布[19,20]。另外,由于金属材料对微波辐射具有较强的反射作用,常被用作微波屏蔽材料,可以把这些材料做成屏蔽保护套,加在热电偶及导线外部,以屏蔽微波辐射的干扰[21]。112 活性炭在微波场中的升温过程

Menéndez等[1]采用铠装K2型热电偶和红外高温计,对微波场中活性炭床层温度进行测定,发现2种方法得到的结果比较接近。

L iu等[22]利用铠装K2型镍铬———镍硅热电偶和X MT数字温度指示仪系统地记录了煤质颗粒活性炭在不同微波功率条件下在微波场中的升温过程。发现对于石英反应器中装填的10g(干重)湿度为5215%(以干炭重量计)的煤质颗粒活性炭,在微波作用下温度迅速上升,当微波功率为640W时(该功率水平是连续而非间歇的,即不是像家用微波炉那样通过占/空比调节微波功率),活性炭床在4m in内温度升至1100℃,而当微波功率为850W 时,加热至此温度只需不到3m in的时间,如图1所示

图1 不同功率条件下煤质颗粒活性炭在

微波场中的升温过程[22]

Fig11 Te mperature rising courses of activated

carbon in m icr owave field at vari ous power levels

这一方面体现出活性炭是非常好的微波吸收材料,另一方面显示了微波加热的特别之处,即微波能直接作用于物料内部的分子或离子,导致偶极分子旋转和离子迁移,吸收的能量被耗散为热,响应快速[13]。与常规加热比较,微波加热是内加热,而常规加热是外加热,在微波的作用下物料升温速度快,上升的温度高[23]。

2 气态污染物处理

利用微波2活性炭联合作用进行气态污染物处理一般都是采用先吸附再处理的方式,即污染气体先在常温下通过活性炭床,活性炭吸附饱和后用微波对其进行辐照处理,在处理污染物的同时实现活性炭再生。

4511

第7期赵 伟等:微波2活性炭联合作用在污染控制中的应用

211 氮氧化物和硫化物

美国怀俄明州的研究人员[24]较早地开展了微

波辐照消除NO

x

的实验,不过他们使用的是木炭。

在研究过程中先让NO

x 气体通过一炭床吸附NO

x

饱和,然后进行微波辐照,此时吸附的NO

x

与C反

应生成N

2和CO

2

,NO

x

去除率可达98%。微波辐照

除去NO

x

的同时也使炭床获得再生,而且再生后对

NO

x

的吸附能力和吸附速率有明显的提高。实验发现,随着循环使用次数的增加,木炭的表面积逐渐增大,最初木炭的表面积为82m2/g,9次循环后增大

到800m2/g,与此同时每100g木炭对NO

x

的吸附量也从10g提高到30g。实际上此时木炭已经变成了活性炭。

张达欣等[25]采用2种方式研究了活性炭吸附2

微波辐照对NO和S O

2

的处理。一种方式是待处理

气体连续通过反应器,另一种方式是NO或S O

2

常温下通过活性炭,吸附一定时间后微波辐照。对产

物检测发现,无论采用何种方式,NO和S O

2

的去除率随微波功率的增加而增加,在活性炭中掺入CuCl2后,去除率亦增加。他们还将微波辐照与电

炉加热还原NO和S O

2

做了比较,结果无明显差异,表明微波辐照主要是热效应。

活性炭吸附2微波辐照工艺对于还原态硫化物的处理也取得了较好的效果,如研究发现微波辐照再生吸附饱和硫化氢的活性炭比用常规的硫化铵溶液浸取法、过热蒸气再生法等更具优势,再生时间仅是常规方法的1/10~1/20,解吸效率>90%[26];而

对于粘胶纤维厂含有CS

2和H

2

S的废气,该工艺处

理后出口气体浓度达到国家排放标准,并且微波再生后活性炭性能有很大的改善[27]。

212 挥发性有机化合物

台湾学者在应用活性炭吸附2微波辐照分解工艺处理挥发性有机化合物方面起步较早,对三氯乙烯[28]和苯系物[29]的处理都得到了较高的处理效率。Cha等[14]将该工艺应用于对甲乙酮、丙酮和四氯乙烯的处理,对活性炭重复吸附和微波再生20次发现,微波方式的再生不但不会对活性炭的吸附能力造成很大的影响,还能恢复活性炭的吸附能力接近它的初始值,这与前述处理氮氧化物和硫化物所得到的结果是一致的。宁平等[30]对载有甲苯的饱和活性炭进行微波辐照再生研究,也发现微波辐照再生具有再生时间短、效率高等优点,同时用冷凝法冷却微波再生后的气流回收甲苯,回收率及纯度均较高。

微波辐照对活性炭具有如此好的再生作用,主要是由于微波加热是一种内加热,活性炭中的水分子及吸附的有机物等迅速被加热而急剧挥发,产生蒸气压,从原料内部向外部爆炸般地压出,由于这种剧烈作用,活性炭具有更显著的多孔结构[31]。

3 液态污染物处理

311 吸附2再生处理法

利用微波和活性炭的相互作用处理液态污染物的研究近年来发展很快。邹宗柏等[32]采用活性炭吸附2微波辐照的方式处理了废水中的磺基水杨酸,通过碘值的变化计算得出,活性炭上磺基水杨酸去除率可达9714%。Tai等[33]采用该种方式处理了溶液中的苯酚,结果表明,微波辐照4m in后苯酚被完全降解成CO

2

和H

2

O。实验发现在微波辐照下,活性炭粒子间产生弧光并且很快变得火红,此时的温度可达1200℃以上。但该报道存在的一个问题是未阐明所采用的反应器是何种形式,若是开放的,应对反应过程中产生的气体及液体物质收集或处理;若是封闭的,在微波辐照时反应器内会产生大量蒸气,容易发生爆炸。

L iu等[34]在前人工作的基础上,设计了一个半封闭的微波辐照装置。装置的主体是一经改装的家用微波炉,微波功率连续可调,炉腔上下开口,内置柱状石英玻璃反应器,反应器顶端与冷凝系统相连接,用于冷却收集微波处理过程产生的蒸气,尾气经碱液或有机溶剂分2级吸收后排空。该装置的优点一方面是反应基本在常压下进行,可保证安全;另一方面反应器内部呈半封闭状态,微波启动后对反应器内待处理物料(如吸附饱和活性炭或污染土壤等)加热产生的蒸气及热量可将存在于反应器内部的空气排空,而外部空气无法进入,反应基本在惰性条件下进行。采用该装置对吸附污染物的活性炭进行处理时不需要通入惰性气体来防止活性炭烧毁。在利用该装置处理吸附了水溶液中五氯酚(PCP)的活性炭时发现:微波辐照几分钟后,绝大多数吸附在活性炭上的PCP被彻底分解或炭化,虽然产生了少量中间产物,但与所处理的PCP的量相比可忽略[34];在负载铜催化剂的活性炭上PCP的分解更为快速,体现了铜的催化分解作用[22]。对吸附饱和酸性橙Ⅱ溶液[35]和PCB溶液[36]的活性炭的处理也得到相似结果,即一方面污染物被分解,另一方面活性

5511

环境工程学报第3卷

炭得到再生。后来该装置也被用于处理土壤中的

PCB s[37,38]。

312 活性炭2待处理溶液同时辐照法

微波2活性炭相互作用处理液态污染物的另一

种操作方式是将活性炭置于待处理的溶液中或使待

处理溶液动态流过活性炭床,启动微波进行处理,即

活性炭和待处理溶液同时接受微波能照射。这种方

式比较直接,处理对象就是液态污染物,但由于水本

身是非常好的微波吸收物质,会吸收相当部分的微

波能用于其自身温度的升高,因此,这种处理方式可

能会存在能耗过高的问题。

王金成等[39,40]在活性炭存在下用微波辐照活

性艳蓝溶液,50mL浓度为300mg/L的活性艳蓝溶

液中投加1g活性炭,微波辐照4m in,脱色率达

9711%。同样的染料溶液在载硫酸镍活性炭存在

下,微波辐照m in脱色率可达9712%。研究还表

明,由于微波辐照条件下活性炭对活性艳蓝的处理

量明显高于活性炭常温下对活性艳蓝的饱和吸附

量,说明在活性炭存在时微波辐照能使活性艳蓝脱

色,除了活性炭的吸附作用外,也发生了某些化学变

化。在该工作基础上,张耀斌等[41]采用流动态反应

器研究了微波2活性炭联合作用对酸性蒽醌绿染料

的处理,发现其脱色率与反应时间、固液比、进样浓

度、微波功率密切相关,这些实验现象又通过羟基自

由基的测定得到了进一步的确认[42]。

相关的工作还有张国宇等[43]和姜思朋等[44]分

别利用活性炭和亚铁改性活性炭在微波辐照下处理

了酯化废水和雅格素红废水。雅格素红废水在微波

功率650W下辐照6m in的脱色率为9916%;微波

功率500W下辐照5m in,酯化废水的COD去除率

为89%。即该技术不仅能有效脱色,对COD也有

很好的去除作用。

最近,一些研究人员向微波2活性炭联合作用体

系引入其他反应物来处理液态污染物,以期获得更

好的处理效果。杨良玉等[45]将活性炭与铁屑1∶1

混合,吸附染料废水中的活性艳红X23B,然后对铁

屑/活性炭进行微波辐照,废水脱色率保持在99%

以上。实验结果表明,炭铁化合物较单独活性炭对

染料废水的去除率有明显提高,作者认为反应机理

可能有2种或是2种以上的协同作用:一是铁屑在

微波辐照下促进了对活性炭的再生、活化;二是有铁

屑的存在时,微波场中的“打火”更剧烈,此时铁屑

“打火”产生等离子体Fe2+、Fe3+及强氧化剂O

3、

?OH等活性物质,同时产生的电弧(紫外)等也有较强的氧化作用,促进了染料的降解。南京理工大学水处理所的研究人员[46~49]将微波与活性炭、芬顿试剂结合使用,相继处理了实际染料废水、炼焦废水、炼油废水、餐饮废水和白酒废水等,COD值1000~5000mg/L的实际废水经微波辅助芬顿氧化后,其出水COD值达到国家二级排放标准。卜龙利等[50]通过向微波2活性炭联合作用体系引入氧气,开发了“微波辅助催化氧化工艺”,利用该工艺处理对硝基酚溶液[51]、H2酸溶液[52]和实际含醛废水[53]都取得了很好的效果,不仅目标物转化效率高,而且该工艺处理后出水的可生化性提高,为后续的生物处理创造了条件。由此看来,在处理高浓度难降解有机废水时,也可将微波技术作为生物法的前处理技术来使用。

4 土壤污染修复

近年来随着我国城市化进程的加快,一些污染严重的企业逐渐关停或从市中心迁出,而工厂倒闭或搬迁遗留的污染场地在进一步开发前必须进行处理,以降低环境风险。微波2活性炭相互作用为污染场地修复提供了可供选择的方法。

George等[54]在采用微波辐照处理土壤中的PCP(沸点为310℃)和污泥中的菲(沸点为340℃)时,发现土壤中加入炭屑可加快其升温速度,提高对污染物的去除率。实验表明,对PCP浓度300μg/g 的土壤,微波辐照45m in其去除率为20%,当加入40%的炭屑后,去除率可提高到60%。Tai等[55]以及Abra movitch[56]在研究微波辐照处理重金属污染土壤时发现,在插入炭棒等吸波能力好的介质时,可促进土壤的玻璃化,从而固定土壤中的铬、锰和钴等重金属,金属的浸出浓度低于美国EP A标准。L iu 等[37]研究了微波2活性炭联合作用对人为添加到土壤中的2,4,52三氯联苯(PCB29)的降解。研究表明,活性炭颗粒的加入有效地提高了土壤吸收微波的能力,在微波辐照下快速升温,从而促进了土壤中PCB29的降解,印证了George等[54]的结论。在处理湿度较大的土壤时,相当数量的PCB29随着水蒸气解吸出来。为达到更完全的分解或固化的目的,建议考虑提高微波功率、增加活性炭投加比例以及处理前降低土壤湿度等方式。

美国环保局和海军工程设备研究中心于20世纪90年代初开发了用于处理氯代有机化合物的碱

6511

第7期赵 伟等:微波2活性炭联合作用在污染控制中的应用

催化分解工艺,在Na OH、氢供体(如6#燃料油)和催化剂(如活性炭、石墨和铁粉等)存在条件下于320℃左右持续搅拌处理1~8h,可实现氯代有机物的全部或部分脱氯[57]。该工艺脱氯效果较好,但存在处理时间长、能耗高的问题。通过采用微波2活性炭联合作用可对其进行改进,即以微波加热为热源,利用微波与作为催化剂的活性炭或其他炭载催化剂的直接作用,在Na OH和氢供体存在条件下进行处理,形成“微波辅助碱催化分解工艺”,实现对氯代有机物的快速降解,缩短处理时间、降低能耗。本文作者目前正在开展这方面的研究,并已取得较好的结果[38]。

5 活性炭负载金属催化剂的制备

在污染控制领域,很多技术的使用都需要有催化剂辅助才能获得理想的效果,而活性炭为载体的催化剂是其中比较常用的。微波2活性炭相互作用为开发炭载催化剂提供了一种有效的途径。

微波选择性加热的特性可为物料加热过程节省大量的能量。微波加热的另外一个重要方面是,它形成与常规加热方向相反的温度梯度,也就是说,最高的温度在物体的中心,热由中心向外传递。对于像催化剂干燥这样的操作,这种作用是非常有益的。除了温度梯度的方向相反之外,与常规加热相比,这个梯度较小,因为热在接受辐照的物料的所有部分生成。这种作用减小了物料内部的压力,有助于消除内部压力过大时发生的催化剂破裂等问题[58]。在制备催化剂的各种新方法中,微波辐照正发展成为一种有效的技术,在催化剂制备过程中具有干燥快速、活性组分分布均匀、与载体结合牢固等优点[59]。L ingaiah等[60]采用常规和微波加热方法制备了系列氧化硅为载体的Pd2Fe双金属催化剂,发现与常规方法制得的催化剂相比,微波法制备的催化剂具有不同形貌和较高的水解脱氯活性。

L iu等[22]利用前述的微波辐照实验装置制备了以活性炭为载体的铜催化剂,步骤简述如下:颗粒活性炭浸渍于一定浓度的硝酸铜水溶液,悬浮溶液在250r/m in的摇床中混合2h,滤去水溶液的活性炭在640W间歇功率的微波炉中辐照2m in至近干,之后将催化剂置于石英反应器中,在微波功率850W的条件下煅烧10m in。由于反应器内部在微波启动后形成近似惰性环境,因此催化剂煅烧过程不需要氮气保护。对制备得到的催化剂进行X2射线衍射分析发现,在2θ=4313°和2θ=5014°元素铜结构的特征位置出现尖锐的强吸收峰,扫描电镜图片显示催化剂颗粒分布均匀。与常规制备方法相比较,这种新方法省时(煅烧时间由几小时缩短为几分钟)、节能,不需要氮气保护和氢气还原,制得的催化剂分散性好。

6 展 望

本文综述了微波2活性炭相互作用在污染控制领域应用的研究进展,今后各种炭载催化剂以及炭与其他载体复合催化剂的开发将在很大程度上扩展微波2活性炭相互作用在污染控制领域的应用空间。由于微波与炭的相互作用在瞬间发生,反应体系在几分钟内即可达到污染物分解或固定化所需的温度,处理时间短、效率高,可有效控制处理成本。通过对微波2活性炭相互作用的深入研究,有望开发出响应速度快、处理能力强、所需时间短且设备小型化的处理装置,这为持久毒性物质的有效处理提供了可能,也将为突发环境污染事件的快速处置提供可供选择的方法。

参考文献

[1]M enéndez J1A1,Menéndez E1M1,Pis J1J1Ther mal

treat m ent of active carbons:A comparis on bet w een m icr o2 wave and electrical heating1J1M icr owave Power E1E1,

1999,34(3):137~143

[2]Sat oshi H1,H isao H1Envir on mental re mediati on by an in2

tegrated m icr owave/UV2illu m inati on method111M icr o2 wave2assisted degradati on of Rhoda m ine2B dye in aqueous

Ti O2dis persi ons1Envir on1Sci1Technol1,2002,36(6):

1357~1366

[3]Mats L1,Anders H1M icr owave2assisted high2s peed chem2

istry:A new technique in drug discovery1D rug D iscov1

Today,2001,6(8):406~416

[4]Correa R1,Gonzalez G1,Dougar V1E mulsi on poly meriza2

ti on in a m icr owave react or1Poly mer,1998,39(6~7):

1471~1474

[5]Funebo T1,Ohlss on T1M icr owave2assisted air dehydrati on

of app le and mushr oom1J1Food Eng1,1998,38(3):

353~367

[6]Fang Y1,Hu A1O1,Shixi J1O1J1The effect of calcina2

ti ons on the m icr owave dielectric p r operties of Ba(Mg1/

3Ta2/3)O31J1Eur1Cera m1Soc1,2001,21(15):2745

~2750

[7]Banik S1,Bandyopadhyay S1,Ganguly S1B i oeffects of m i2

7511

环境工程学报第3卷

cr owave———A brief revie w1B i ores our1Technol1,2003, 87(2):155~159

[8]Ericss on M1,Col m sj A1Dyna m ic m icr owave2assisted ex2

tracti on1J1Chr omat ogr1A,2000,877(1~2):141~151

[9]Chau T1T1,Kao K1C1,B lank G1,et al1M icr owave p las2

mas f or l ow2te mperature dry sterilizati on1B i omaterials, 1996,17(13):1273~1277

[10]Abramovitch R1A1,Huang B1Z1,Abra movitch D1A1,

et al1I n situ decompositi on of PCB s in s oil using m icr o2 wave energy1Che mos phere,1999,38(10):2227~2236 [11]Abramovitch R1A1,Huang B1Z1,Abra movitch D1A1,

et al1I n situ decompositi on of P AH s in s oil and des or p ti on of organic s olvents using m icr owave energy1Che mo2 s phere,1999,39(1):81~87

[12]Gan Q1A case study of m icr owave p r ocessing of metal hy2

dr oxide sedi m ent sludge fr om p rinted circuit board manu2 facturing wash water1W aste M anage1,2000,20(8):

695~701

[13]Carl os L1P1,Howard A1C1M icr owave2induced pyr oly2

sis of p lastic wastes1I nd1Eng1Che m1Res1,2001,40

(22):4749~4756

[14]Cha C1Y1,CossM1M icr owave regenerati on of activated

carbon used f or re moval of s olvents fr om vented air1J1A ir W aste M anage1A ss oc1,2000,50(4):529~535 [15]Dal m acija B1,Ta mas Z1,Karl ovic E1,et al1Tertiary

treat m ent of oil2field brine in a bi os or p ti on syste m with

granulated activated carbon1W ater Res1,1996,30(5):

1065~1068

[16]M ingos D1M1P.,Baghurst D1R1App licati on of m icr o2

wave dielectric heating effects t o synthetic p r oble m s in

che m istry1Che m1Soc1Rev1,1991,20(1):1~47 [17]郁有文,常健1传感器原理及工程应用1西安:西安

电子科技大学出版社,2000

[18]Cuccurull o G1,Berardi P1G1,Carfagna R1I R te mpera2

ture measure ments in m icr owave heating1I nfrared Phys1

Technol1,2002,43(3~5):145~150

[19]L iu F1,Turner I1,B ialkowski M1A finite2difference

ti m e2domain si m ulati on of power density distributi on in a

dielectric l oaded m icr owave cavity1J1M icr owave Power E1E1,1994,29(3):138~148

[20]Roussy G1,Jass m S1,Thiebaut J1M1Modeling of a flu2

idized bed irradiated by a single or multi m ode electric m i2 cr owave field distributi on1J1M icr owave Power E1E1,

1995,30(3):178~187

[21]崔凤英,李莉1微波场的温度测量1计量测试,2002,

12(5):36~37[22]L iu X1T1,Quan X1,Bo L1L1,et al1Te mperature

measure ment of G AC and decompositi on of PCP l oaded on

G AC and G AC2supported copper catalyst in m icr owave ir2

radiati on1App11Cata11A,2004,264(1):53~58 [23]Berry F1J1,S mart L1E1,Sai P1P1S1M icr owave heat2

ing during catalyst p reparati on:I nfluence on the hydr ode2 chl orinati on activity of alu m ina2supported palladiu m2ir on

bi m etallic catalysts1App11Cata11A,2000,204(2):

191~201

[24]Cha C1Y1,Kong Y1Enhance ment of NO x ads or p ti on ca2

pacity and rate char by m icr owaves1Carbon,1995,33

(8):1141~1146

[25]张达欣,于爱民,金钦汉1微波2炭还原法处理二氧化

硫(S O

2

)的研究1微波学报,1998,14(4):341~346 [26]王学谦,宁平1活性炭吸附硫化氢及微波辐照解吸研

究1环境污染与防治,2001,23(6):274~279 [27]黄妍,张俊丰1活性炭吸附/微波技术再生处理粘胶

纤维废气的研究1环境污染治理技术与设备,2005,6

(9):72~74

[28]Jou C1J1G1App licati on of activated carbon in a m icr o2

wave radiati on field t o treat trichl or oethylene1Carbon,

1998,36(11):1643~1648

[29]Jou C1J1G1,Tai H1S1App licati on of granular activated

carbon packed2bed react or in m icr owave radiati on field t o

treat BTX1Che mos phere,1998,37(4):685~698 [30]宁平,田森林,王学谦,等1微波辐照再生载甲苯活

性炭1化学工业与工程,2001,18(2):109~113 [31]李黎,曾庆福,阮新潮1微波再生技术在废水处理中

的应用1应用化工,2004,33(5):1~3,7

[32]邹宗柏,傅大放,张璐1用微波辐射除磺基水杨酸污

染物1环境污染与防治,1999,21(1):22~24 [33]Tai H1S1,Jou C1J1G1App licati on of granular activated

carbon packed2bed react or in m icr owave radiati on field t o

treat phenol1Che mos phere,1999,38(11):2667~2680 [34]L iu X1T1,Quan X1,Bo L1L1,et al1Si m ultaneous

pentachl or ophenol decompositi on and granular activated

carbon regenerati on assisted by m icr owave irradiati on1 Carbon,2004,42(2):415~422

[35]Quan X1,L iu X1T1,Bo L1L1,et al1Regenerati on of

acid orange72exhausted granular activated carbons with m icr owave irradiati on1W ater Res1,2004,38(20):4484

~4490

[36]L iu X1T1,Yu G1,Han W1Y1Granular activated car2

bon ads or p ti on and m icr owave regenerati on f or the treat2 ment of2,4,52trichl or obi phenyl in si m ulated s oil2washing

s oluti on1J1Hazard1M ater1,2007,147(3):746~751 [37]L iu X1T1,Yu G1Combined effect of m icr owave and acti2

8511

第7期赵 伟等:微波2活性炭联合作用在污染控制中的应用

vated carbon on the re mediati on of polychl orinated bi phen2 yl2conta m inated s oil1Che mos phere,2006,63(2):228

~235

[38]L iu X1T1,Zhang Q1,Zhang G1X1,et al1App licati on

of m icr owave irradiati on in the re moval of polychl orinated

bi phenyls fr om s oil conta m inated by capacit or oil1Che mo2 s phere,2008,72(11):1655~1658

[39]王金成,薛大明,全燮,等1微波辐射处理活性艳蓝

K N2R染料溶液的研究1环境科学学报,2001,21

(5):628~630

[40]王金成,薛大明,全燮,等1活性艳蓝K N2R染料溶液

微波催化脱色研究1大连理工大学学报,2001,41

(5):545~548

[41]张耀斌,全燮,薛大明,等1流动态微波催化反应器

处理染料废水的工艺稳定性1中国环境科学,2002,

22(3):235~238

[42]Quan X1,Zhang Y1B1,Chen S1,et al1Generati on of

hydr oxyl radical in aqueous s oluti on by m icr owave energy using activated carbon as catalyst and its potential in re2 moval of persistent organic substances1J1Mol1Catal1A,

2007,263(1~2):216~222

[43]张国宇,王鹏,姜思朋1微波辐射处理酯化废水的工

艺技术研究1给水排水,2004,30(8):61~64 [44]姜思朋,王鹏,张国宇1微波诱导氧化法处理BF2BR

染料废水1中国给水排水,2004,20(4):13~15 [45]杨良玉,曾庆福,杨俊,等1微波再生铁屑2活性炭处

理染料废水1武汉科技学院学报,2003,16(5):37~41

[46]吕敏春,严莲荷,王剑虹1光、微波、热催化氧化效果

的比较1工业水处理,2003,23(8):36~38

[47]潘爱芹,严莲荷,蒋齐光,等1微波催化氧化法处理

炼油废水1环境科学与技术,2004,27(Sup.):114~116

[48]王剑虹,严莲荷,李燕,等1微波催化氧化法处理白

酒废水1江苏化工,2004,32(6):39~42

[49]严莲荷,王剑虹,潘爱芹,等1微波催化氧化法处理

甲基橙废水1化工环保,2004,24(1):38~40 [50]卜龙利,陈硕,全燮,等1微波辅助湿式氧化处理对硝

基酚溶液的研究1中国科学(E辑),2005,35(3):

324~336

[51]Bo L1L1,Quan X1,Chen S1,et al1Degradati on of p2

nitr ophenol in aqueous s oluti on by m icr owave assisted oxi2 dati on p r ocess thr ough a granular activated carbon fixed

bed1W ater Res1,2006,40(16):3061~3068

[52]Zhang Y1B1,Quan X1,Chen S1,et al1M icr owave as2

sisted catalytic wet air oxidati on of H2acid in aqueous s o2 luti on under the at m os pheric p ressure using activated car2 bon as catalyst1J1Hazard1Mater1,2006,137(1):534

~540

[53]卜龙利,全燮,陈硕,等1微波辅助催化氧化高浓度含

醛废水应用研究1大连理工大学学报,2006,46(1):

25~29

[54]George C1E1,L ightsey G1R1,Jun I1,et al1Soil de2

conta m inati on via m icr owave and radi o frequency co2volat2 ilizati on1Envir on1Pr og1,1992,11(3):216~219 [55]Tai H1S1,Jou C1J1G1I m mobilizati on of chr om iu m2

conta m inated s oil by means of m icr owave energy1J1Haz2 ard1Mater1,1999,65(3):267~275

[56]Abra movitch R1A1I n situ re mediati on of s oils conta m ina2

ted with t oxic metal i ons using m icr owave energy1Che mo2 s phere,2003,53(9):1077~1085

[57]EP A1A citizen’s guide t o che m ical dehal ogenati on1EP A/

5422F2962004,1996

[58]Rajesh G1,Narasi m ha R1K1,Sai P1P1S1Hydr ode2

chl orinati on of chl or o2benzene on Nb2O52supported Pd

catalysts:I nfluence of m icr owave irradiati on during p repa2 rati on on the stability of the catalyst1J1Mol1Catal1A,

2002,181(1~2):215~220

[59]Bond G1,Moyes R1B1,W han D1A1Recent app licati on

of m icr owave heating in catalysis1Catal1Today,1993,

17(3):427~437

[60]L ingaiah N1,Sai P1P1S1,Kanta R1P1Structure and

activity of m icr owave2irradiated silica supported Pd2Fe bi2 metallic catalysts in the hydr odechl orinati on of chl or oben2 zene1Catal1Commun1,2002,3(9):391~397

9511

水处理活性炭的标准

在废水处理中,活性炭主要是用来去除废水中的污染物,达到深度净化的目的。活性炭具有发达的孔隙结构和表面积,具有较强的吸附性能,吸附后的水可以达到国家净化的标准,吸附的性能稳定,可以达到最佳的吸附效果,具有一定的经济效益。 活性炭在净化废水中具有相当长的发展历史,在活性炭表面的吸附容积式有限的,只适合于处理含汞量低的废水。若含汞的浓度高,就要用化学沉淀法进行处理。它具有较强的物理和化学性能,可以阻止毒物的吸收,同时活性炭与多种化合物相结合,解毒的作用大。 在生产中应用的活性炭种类有很多。一般制成粉末状或颗粒状。粉末状的活性炭吸附能力强,制备容易,价格较低,但再生困难,一般不能重复使用。颗粒状的活性炭价格较贵,但可再生后重复使用,并且使用时的劳动条件较好,操作管理方便。因此在水处理中较多采用颗粒状活性炭. 1.活性炭吸附 活性炭吸附是指利用活性炭的固体表面对水中的一种或多种物质的吸附作用,以达到净化水质的目的。 2.影响活性炭吸附的因素 吸附能力和吸附速度是衡量吸附过程的主要指标.吸附能力的大小是用吸附量来衡量的。而吸附速度是指单位重量吸附剂在单位时间

内所吸附的物质量。在水处理中,吸附速度决定了污水需要和吸附剂接触时间。 活性炭的吸附能力与活性炭的孔隙大小和结构有关。一般来说,颗粒越小,孔隙扩散速度越快,活性炭的吸附能力就越强。 污水的pH值和温度对活性炭的吸附也有影响。活性炭一般在酸性条件下比在碱性条件下有较高的吸附量.吸附反应通常是放热反应,因此温度低对吸附反应有利。 当然,活性炭的吸附能力与污水浓度有关。在一定的温度下,活性炭的吸附量随被吸附物质平衡浓度的提高而提高。 3、活性炭在污水处理中的应用 在工业生产中,金银的湿法提取、化学纤维的生产、炼焦、合成氨、电镀、煤气生产等行业均使用氰化物或副产氰化物,因而在生产过程中必然要排放一定数量的含氰废水。 活性炭用于净化废水已有相当长的历史,应用于处理含氰废水的文献报道也越来越多.但由于CN、HCN 在活性炭上的吸附容量小,一般为3 mgCN/ gAC~8 mgCN/ gAC(因品种而异),在处理成本上不合算。 1)活性炭处理含汞废水

活性炭吸附和脱附原理

活性炭吸附原理 1、依靠自身独特的孔隙结构 活性炭是一种主要由含碳材料制成的外观呈黑色,内部孔隙结构发达、比表面积大、吸附能力强的一类微晶质碳素材料。活性炭材料中有大量肉眼看不见的微孔,1克活性炭材料中微孔,将其展开后表面积可高达800-1500平方米,特殊用途的更高。也就是说,在一个米粒大小的活性炭颗粒中,微孔的内表面积可能相当于一个客厅面积的大小。正是这些高度发达,如人体毛细血管般的孔隙结构,使活性炭拥有了优良的吸附性能。、 2、分子之间相互吸附的作用力 也叫“凡德瓦引力”。虽然分子运动速度受温度和材质等原因的影响,但它在微环境下始终是不停运动的。由于分子之间拥有相互吸引的作用力,当一个分子被活性炭内孔捕捉进入到活性炭内孔隙中后,由于分子之间相互吸引的原因,会导致更多的分子不断被吸引,直到添满活性炭内孔隙为止。 活性炭脱附的几种方法 (1)升温脱附。物质的吸附量是随温度的升高而减小的,将吸附剂的温度升高,可以使已被吸附的组分脱附下来,这种方法也称为变温脱附,整个过程中的温度是周期变化的。微波脱附是由升温脱附改进的一种技术,微波脱附技术已应用于气体分离、干燥和空气净化及废水处理等方面。在实际工作中,这种方法也是最常用的脱附方法。 (2)减压脱附。物质的吸附量是随压力的升高而升高的,在较高的压力下吸附,降低压力或者抽真空,可以使吸附剂再生,这种方法也称为变压吸附。此法常常用于气体脱附。 (3)冲洗脱附。用不被吸附的气体(液体)冲洗吸附剂,使被吸附的组分脱附下来。采用这种方法必然产生冲洗剂与被吸附组分混合的问题,需要用别的方法将它们分离,因此这种方法存在多次分离的不便性。 (4)置换脱附。置换脱附的工作原理是用比被吸附组分的吸附力更强的物质将被吸组分置换下来。其后果是吸附剂上又吸附了置换上去的物质,必须用别的方法使它们分离。例如,活性炭对Ca2+、C1-有一定的吸附能力,这些离子占据了吸附活性中心,可对活性炭吸附无机单质或有机物产生不利影响。因此,用活性炭吸附待分离溶液中的物质后,选用CaCl2作为脱附剂可降低活性炭对吸附质的吸附稳定性,从而达到降低脱附活化能的目的。 (5)磁化脱附。由于单分子水的性质比簇团中的水分子活泼得多,能充分显示它的偶极子特性,从而使水的极性增强。预磁处理能增大水的极性,这就能充分解释经过预磁处理后活性炭的吸附容量减小的现象。当磁场强度增大时,分离出的单个水分子越多,则阻碍作用就越大,从而吸附容量减小得也就越多。活性炭

活性炭在水处理中的特点、性质及应用

活性炭在水处理中的特点、性质及应用 活性碳主要依靠其高吸附能力的特性,有效去除水中的氯、异色、异味、重金属等。带活性碳的水过滤器,是美国销售最广的净水装置。活性碳是以椰子壳为原料,颗粒均匀。表面具有大量微孔,形成巨大的比表面积(1克活性碳能吸附微尘的面积相当于2亩地大小),活性碳主要依靠其高吸附能力的特性,吸附水中的氯、异色、异味等,也有以杏核壳等为原料的果壳碳和以煤为原料的煤质碳,吸附性能较椰壳碳差,价格也便宜很多。 任何表面都有自发降低表面能的倾向,由于固体表面难于收缩,所以只能靠降低界面张力的办法来降低界面张力的方法来降低表面能,这也就是固体表面能产生吸附作用的根本原因。由于活性炭具有发达的孔隙结构和巨大的比表面积,对水中溶解的有机物,如苯类化合物、酚类化合物、石油及石油产品等具有较强的吸附能力,而且对用生物法及其他方法难以去除的有机物,如色度、异臭、表面活性物质、除草剂、合成染料、胺类化合物以及许多人工合成的有机化合物都有较好的去除效果,因此活性炭吸附技术在水处理中已得到广泛应用。 活性炭的特点 活性炭是一种多孔性含炭物质,具有发达的微孔构造合巨大的比表面积。它包括许多种具有吸附能力的碳基物质,能够将许多化学物质吸附在其表面上。活性炭最初用于制糖业,后来广泛用于去除污水中的有机物合某些无机物。 活性炭的性质 活性炭外观为暗黑色,具有良好吸附性能,化学性质稳定,可耐强酸及强碱,能经受水浸、高温,密度比水小,是多孔的疏水性吸附剂。 活性炭的作用 活性炭产生吸附的主要原因是固体表面上的原子力场不饱和,有表面能,因而可以吸附某些分子以降低表面能。固体从溶液中吸附溶质分子后,溶液的浓度将降低,而被吸附的分子将在固体表面上浓聚。活性炭在制造过程中,其挥发性有机物被去除,晶格间生成了空隙,形成许多不同形状、不同大小的细孔。通常活性炭颗粒中的孔隙占颗粒总体积的70%~80%。这些孔隙形状多样,孔径分布范围很广,细孔壁的总表面积即比表面积一般高达500~1700平方米/克。这就是为什么活性炭吸附能力强、吸附容量大的主要原因。 活性炭的吸附特性不仅与细孔构造和分布情况有关,而且还与活性炭的表面化学性质有关。活性炭本身是非极性的,其含量及电荷随原料组成、活化条件不同而异,低温活化(< 500℃)的碳可以生成表面酸性氧化物,水解后可以放出H+。

活性炭的使用办法和用量

活性炭 活性炭就是一种黑色粉状,粒状或丸状得无定形具有多孔得碳,主要成分为碳,还含少量氧.氢. 硫、氮、Mo也具有石墨那样得精细结构,只就是晶粒较小,层层间不规则堆积。具有较大得表面积(500-1000米2/克),有很强得吸附性能,能在它得表面上吸附气体■液体或胶态固体;对于气体、液体,吸附物质得质量可接近于活性炭本身得质量。其吸附作用具有选择性,非极性物质比极性物质更易于吸附。在同一系列物质中,沸点越高得物质越容易被吸附,压强越大温度越低浓度越大,吸附量越大。反之,减压,升温有利于气体得解吸。常用于气体得吸附、分离与提纯,溶剂得回收,糖液、油脂、甘油、药物得脱色剂,饮用水及冰箱得除臭剂,防毒面具中得滤毒剂,还可用作催化剂或金属赴催化剂得载体。 早期生产活性炭得原料为木材、硬果壳或兽骨,后来主要采用煤,经干憎、活化处理后得到活性碳。生产方法有:①蒸汽、气体活化法。利用水蒸气或二氧化碳在850一900C将碳活化。②化学活化法。利用活化剂放出得气体,或用活化剂浸渍原料,在高温处理后都可得到活性炭。活性炭具有微晶结构,微晶排列完全不规则,晶体中有微孔(半径小于20[埃]=10?10米)、过渡孔(半径20~1000). 大孔(半径1000_100000),使它具有很大得内表面,比表面积为500_1700米2/克。这决定了活性炭具有良好得吸附性,可以吸附废水与废气中得金属离子.有害气体、有机污染物、色素等。工业上应用活性炭还要求机械强度大、耐磨性能好,它得结构力求稳定,吸附所需能量小,以有利于再生。 活性炭用于油脂、饮料、食品.饮用水得脱色、脱味,气体分离、溶剂回收与空气调节,用作催化剂载体与防毒面具得吸附剂。活性炭脱色效果在水中最强,有机溶剂中较弱。一般加0、1-3%(W /V),搅拌30~60分钟,活性炭得粒度对脱色时间有影响,而且不同生产厂家,不同加工方法生产得活性炭,脱色效果相差很大。脱色温度与PH要根据您产物得性质,通过试验确定了。⑴活性碳一般使用温度就是75-80度比较好;(2)活性炭脱色效果在水中最强,在强极溶剂中使用效果也不错,在非极性溶剂中效果较差;(3)—般情况下,在pH3-6条件下使用较好;(4)—般情况下,加入量为千分之一至三(or5);(5)脱色时间一般为30-60min;(6)S性碳得种类型号很多,比如糖用碳,油用碳等,要选择一种适合您使用得活性碳。 注意事项:(i)切不可在沸腾得溶液中加入活性炭,那样会有暴沸得危险。(2)用活性炭脱色要待固体物质完全溶解后才加入,因为有色杂质虽可溶于沸腾得溶剂中,但当冷却析出结晶体时,部分杂质又会被结晶吸附,使得产物带色,所以用活性炭脱色要待固体物质完全溶解后才加入。 活性炭使用须知 一、吸附分离原理 在两相介面上,一相中得物质或溶解在其中得溶质向见一相转移与积聚,使两相中物质浓度发生变化得过程称为吸附过程,既可以发生在液固介面,也可以发生在气固介面上。能够将其她物相中得某一组分有选择性地富集到自身表面得物质称为吸附剂,被吸附得物质称为吸附质。所谓介面,通俗地讲也就就是表面,因此'吸附其实可以瞧成一种表面现象,吸附剂得吸附性能与其表面特性有密切得关系。例如比表面积。比表面积越大『吸附能力越强,通常比表面积随物质多孔性得增大而增大。 典型得吸附分离过程包含四个步骤:首先,将待分离得料液(或气体)通入吸附剂中;其次,吸附质被吸附到吸附剂表面,此时吸附就是有选择性得;第三,料液流出;第四,吸附质解吸回收后,将吸附剂再生。 根据吸附剂与吸附质之间存在得吸附力性质得不同,可将吸附分为成物理吸附、化学吸附与交换吸附三种类型。 二、活性炭得制造 活性炭作为一种价廉易得得固体吸附剂,在实际生产生活中均得到广泛应用。 °活性炭就是用含碳为主得物质,如煤、木屑、果壳以及含碱得有机废渣等作 原料,经高温炭化与活化制得得疏水性吸附剂。其制造过程大致分为三步: 1.干燥:原料在120_130t:情况下脱水。 2?茨化:加热温度在170°C^上时原料中有机物开始分解倒400一600C时炭化分解完毕。 3、活化:原料中得有机物茨化后,残图在炭基本结构得微孔中,使微孔堵塞。在高 温条件下通入活化气,在缺氧情况下使残留炭发生水煤气反应丿吏微孔扩大,得到多孔结构得活性炭。

工业水处理中的粉末活性炭净水技术

工业水处理中的粉末活性炭净水技术 发表时间:2016-09-28T11:31:08.020Z 来源:《基层建设》2015年31期作者:向伟 [导读] 摘要:近年来,国家、社会对水处理的重视程度越来越高,为可持续发展的经济利益,必需提升工业水处理的质量。在长远的发展道路上,有限的水资源不断被浪费和破坏,然后不断探究水处理的技术将对自身乃至全球在循环利用项目上带来重要意义。 辽宁大唐国际阜新煤制天然气有限责任公司辽宁省阜新市 123000 摘要:近年来,国家、社会对水处理的重视程度越来越高,为可持续发展的经济利益,必需提升工业水处理的质量。在长远的发展道路上,有限的水资源不断被浪费和破坏,然后不断探究水处理的技术将对自身乃至全球在循环利用项目上带来重要意义。粉末活性炭以其自身的优点,在国内外的工业水处理方面得到广泛应用,因此探究粉末活性炭的水处理工艺是技术人员永恒不变的课题。鉴于此,本文对工业水处理中粉末活性炭净水的处理技术进行了分析探讨。 关键词:粉末活性炭;工业水处理;净化;吸附 一、活性炭的基本性质 活性炭是一种多孔径的炭化物,有极丰富的孔隙构造,具有良好的吸附特性,它的吸附作用藉物理及化学的吸咐力而成的,其外观色泽呈黑色。其成份除了主要的碳以外,还包含了少量的氢、氮、氧,其分子结构形似一个六边形,由于不规则的六边形结构,确定了其多体枳及高表面积的特点,比表面积高达1000~3000 m 2/g。 1、孔结构特性 活性炭材料的结构比较特殊,从晶体学角度看,由石墨微晶和碳氢化合物组成,属于非结晶性物质。其固体部分之间的间隙形成了活性炭材料的孔隙,赋予活性炭材料特有的吸附性能。按照孔径的大小可分为微孔(直径<2 nm)、中孔(直径2~50 nm)和大孔(直径>50 nm)。微孔具有很强的吸附作用,主要是其具有很大的比表面积;中孔,又叫中间孔,能用于添载触媒及化学药品脱臭;大孔通过微生物及菌类在其中繁殖,就可以使无机的碳材料发挥生物质的功能。 2、表面化学特性 活性炭的吸附性能不仅取决于其物理结构,更取决于其表面化学性质。表面化学特性一般与活性炭的原材料、表面官能团的种类与数量、表面杂原子、化合物的种类与状态等因素有关,不同的表面官能团、杂原子、化合物会影响活性炭的表面酸碱性、亲疏水性、催化性能、表面润湿性、吸附选择性能等。研究活性炭材料表面的含氧官能团的表征手段时,指出活性炭材料表面可能存在下面几种含氧官能团:羰基、酸酐、乳醇基、羧基、醌基、醚基、内酯基、酚羟基。 二、活性炭的吸附作用 如今工业生产活动对水的污染严重,为解决水质污染问题,必须经过多道工序对水进行去污处理。活性炭种类繁多,不同的活性炭的吸附能力和吸附物质也更有不同。从90年代初期一直到现在,人们应用活性炭净水主要是为了去除水中的三卤甲烷和少量的有机污染物。 [1]因为过量的三卤甲烷能刺激人体细胞使其变异从而发生癌变,所以在对饮用水进行净化时必须去除三卤甲烷。通常,净水厂会使用二氧化氯对三卤甲烷进行处理,但这一方法不仅成本高而且存在安全隐患,因此在对饮用水进行消毒之前,一般先用活性炭去污,吸附水中的三卤甲烷。 活性炭很强的吸污去污能力,它的净水作用主要表现在以下几个方面:(1)活性炭具有除臭作用,它能除去水中石油、酚等物质产生异味,并对这些物质有一定的吸附作用。(2)活性炭具有去色作用,它能除去水中由金属或者植物分解而成的物质的颜色,并且能降低有机物颜色的色度,从而除去水中的杂色。(3)活性炭有能够去除水中的三卤甲烷。被工业污水污染的水中会含有一定数量的三卤甲烷,它对人体的安全健康危害很大,活性炭可以有效吸附三卤甲烷。(4)去除农药等有机污染物。目前,水质被污染的元凶就是各类有机物如杀虫剂、芳香族化合物,这类物质不能被水中的生物消化而对水质造成污染。(5)除去水中的重金属成分。重金属含量过高会导致人体中毒,例如汞、铅,严重的还能致人死亡。 三、粉末活性炭净水技术 1、概述 粉末活性炭利用自身的吸附能力对于化学、气味等有机物有着吸附作用,粉末活性炭的吸附容量大、效率高、效果好,在颗粒相互碰撞的作用下,更提升了其吸附作用和容量的增加。利用粉末活性炭的吸附作用对水体中的溶解性有机物含量降低,去除物质中的异味,是生产加工工艺简单但十分有效的净化材料。 粉末活性炭在发挥其吸附作用时是一个极其复杂的过程,是由多种作用力共同发挥产生的效果。分子间的作用力是运动不息的,在分析分子间的作用力可以得知当一个分子被吸附到活性炭的孔隙中后,其他的分子由于运动不止会随之被吸附进去,并且分子组成的物质结构会持续不断的被活性炭吸收。 2、粉末活性炭的技术要点 在活性炭的选择上,要选择最佳的炭种。活性炭分为煤质活性炭、果壳活性炭、木质活性炭三类,不同类型的活性炭的特性也不同,要根据实地的供货情况及水质处理需要选择合适的类型。通过反复实践得出结论,煤质活性炭的经济性较高,木质活性炭的处理效果最好。颗粒体积更小的粉末活性炭在相同总体积下因其外表面积最大,也就是说可吸附面更大,提高了活性炭的利用率也提升了吸附速率。 四、粉末活性炭的净水原理 粉末活性炭的吸附作用原理较为复杂,其吸附效果会受到多种作用力的影响,其中,分子之间的相互作用力是影响活性炭吸附能力的关键性因素。物质结构内部的分子之间还会出现相互吸附的关系,任何一个分子被吸附到活性炭内部,都会导致其他分子被持续性地吸入到活性炭的孔隙之中,从而形成一种活性炭持续吸附物质结构的形态。由活性炭吸附双速率扩散理论可知,活性炭的吸附作用包括迅速扩散过程和缓慢扩散过程两个双速过程阶段。从迅速扩散过程来看,指的是水中的被吸收分子由活性炭颗粒内沿向阻力较小的碳粒孔隙中运动的过程,由于活性炭具有较高的孔隙,因而扩散阻力相对较大,在溶质分子向活性炭微孔中扩散时,由于孔隙相对狭小,因而阻力更加明显,这就会降低扩散的速度。粉末活性炭是一种主要内部孔隙结构发达、比表面积大、吸附能力强的一类吸附剂,它的微孔结构发达,具有很强的吸附性能!活性炭是由许多石墨型层状结构的微晶不规则集合而成,由于活性炭颗粒结构小,微孔结构很多,因而具有很大的内表面积,在对于色度"味"化学有机物等的吸附作用上,不仅吸收速度快,而且吸收容量大,效果好。在加上活性炭颗粒之间的碰撞作用,

活性炭在生活中的作用

活性炭在生活中的作用 人类生活中活性炭的使用越来越广泛,比如:自来水厂用活性炭脱臭、饮用水净化、糖的脱色、军用防毒面具、香烟过滤嘴、空气净化器、解毒、醒酒、治理放射元素污染,降低土壤中残留农药,调理土壤性能,治理室内甲醛,蔬菜保鲜等等。 这主要是因为: 1、活性炭自身独特的孔隙结构,活性炭是一种主要由含碳材料制成的外观呈黑色,内部孔隙结构发达、比表面积大、吸附能力强的一类微晶质碳素材料。活性炭材料中有大量肉眼看不见的微孔,1克活性炭材料中微孔,将其展开后表面积可高达800-1500平方米,特殊用途的更高。 也就是说,在一个米粒大小的活性炭颗粒中,微孔的内表面积可能相当于一个客厅面积的大小。正是这些高度发达,如人体毛细血管般的孔隙结构,使活性炭拥有了优良的吸附性能。 2、活性炭分子之间相互作用力,也叫“凡德瓦引力”。虽然分子运动速度受温度和材质等原因的影响,但它在微环境下始终是不停运动的。 由于分子之间拥有相互吸引的作用力,当一个分子被活性炭内孔捕捉进入到活性炭内孔隙中后,由于分子之间相互吸引的原因,会导致更多的分子不断被吸引,直到添满活性炭内孔隙为止。 3、活性炭能吸附各种有害物质,不同材料和用途的活性炭,其内孔径大小也不一样。一般而言,优质椰壳活性炭吸附有害物质的质量可以接近甚至达到其本身的质量。 活性炭吸附有害物质的特性活性炭为物理吸附原理,在作用过程中,依靠空气作为媒介,因此被界定为被动空气净化材料。 广州怡森环保设立有活性炭制作加工工厂,专业生产各类煤质活性炭产品,广泛应用于环保、飞机制造、石油、家具、化工、医药、印刷等工业领域,为有机废气治理提供核心材料。

活性炭活化原理

活性炭的活化机理及应用 材研1407 朱明2014200483 活性炭是一种非常优良的吸附剂,它是利用植物原料(木屑、木炭、果壳、果核)、煤 和其它含碳工业废料作原料,通过物理和化学方法对原料进行破碎、过筛、催化剂活化、漂洗、烘干和筛选等一系列工序加工制造而成。根据活化介质的不同,活性炭活化方法分 为物理活化法、化学活化法和物理—化学复合活化法。物理活化水蒸汽、二氧化碳、空气 或它们的混合气体对环境污染小,因其依靠氧化碳原子形成孔隙结构,活化温度较高且活 性炭得率低。化学活化法活性炭得率较高,孔隙发达,吸附性能好。但此法对设备腐蚀性大,环境污染严重。热解能量循环利用困难。而且活性炭中残留化学药品.在应用方面受 到限制。 一.活性炭的活化机理 1.物理活化法 物理活化法一般分两步进行,先将原料在500℃左右炭化,再用水蒸汽或CO2 等气体在高温下进行活化。高温下,水蒸汽及二氧化碳都是温和的氧化剂,碳材料内部C原子与活化剂结合并以CO+H 2或CO的形式逸出,形成孔隙结构。物理活化法所需的活化温度一般较化学活化法高,而且活化所需的时间也更长,因此耗能比较大,成本高。尽管有这些缺点,物理活化法在实际生产中的应用仍然十分广泛,原因在于其制得的活性炭无需过多 的后处理步骤,不像化学活化法制得的活性炭需要除去残留的活化剂。 将炭化材料在高温下用水蒸气、二氧化碳或空气等氧化性气体与炭材料发生反应,使炭材料中无序炭部分氧化刻蚀成孔,在材料内部形成发达的微孔结构。炭化温度一般在600℃,活化温度一般在800℃∽900℃。其主要化学反应式如下: C+2H2O 2H2+CO2 △H=18kcal C+H2O H2+CO △H=31kcal CO2+C 2CO △H=41kcal 上述三个化学反应均是吸热反应,即随着活化反应的进行,活化炉的活化反应区域温度将逐步下降,如果活化区域的温度低于800℃,上述活化反应就不能正常进行,所以在活化炉的活化反应区域需要同时通入部分空气与活化产生的煤气燃烧补充热量,或通过补充外加热源,以保证活化炉活化反应区域的活化温度。 活化反应属于气固相系统的多相反应,活化过程中包括物理和化学两个过程,整个过程包括气相中的活化剂向炭化料外表面的扩散、活化剂向炭化料内表面的扩散、活化剂被炭化料内外表面所吸附、炭化料表面发生气化反应生成中间产物(表面络合物)、中间产物分解

活性炭使用须知

活性炭使用须知 一、吸附分离原理 在两相介面上,一相中的物质或溶解在其中的溶质向另一相转移和积聚,使两相中物质浓度发生变化的过程称为吸附过程,既可以发生在液固介面,也可以发生在气固介面上。能够将其他物相中的某一组分有选择性地富集到自身表面的物质称为吸附剂,被吸附的物质称为吸附质。所谓介面,通俗地讲也就是表面,因此,吸附其实可以看成一种表面现象,吸附剂的吸附性能与其表面特性有密切的关系。例如比表面积。比表面积越大,吸附能力越强,通常比表面积随物质多孔性的增大而增大。 典型的吸附分离过程包含四个步骤:首先,将待分离的料液(或气体)通入吸附剂中;其次,吸附质被吸附到吸附剂表面,此时吸附是有选择性的;第 三,料液流出;第四,吸附质解吸回收后,将吸附剂再生。 根据吸附剂与吸附质之间存在的吸附力性质的不同,可将吸附分为成物理吸附、化学吸附和交换吸附三种类型。 二、活性炭的制造 活性炭作为一种价廉易得的固体吸附剂,在实际生产生活中均得到广泛应用。 活性炭是用含碳为主的物质,如煤、木屑、果壳以及含碱的有机废渣等作原料,经高温炭化和活化制得的疏水性吸附剂。其制造过程大致分为三步: 1、干燥:原料在120~130℃情况下脱水。 2.炭化:加热温度在170℃以上时,原料中有机物开始分解,到400~600℃时炭化分解完毕。 3、活化:原料中的有机物炭化后,残图在炭基本结构的微孔中,使微孔堵塞。在高温条件下通入活化气,在缺氧情况下使残留炭发生水煤气反应,使微孔扩大,得到多孔结构的活性炭。 三、活性炭的分类 由于原料来源、制造方法、外观形状和应用场合不同,活性炭的种

类(品种)很多,到目前为止尚无精确的统计材料,估计世界上活性炭品种不下千种。 1.按原料来源分 1.1木质活性炭 木质活性炭是指由木材、农作物秸杆、竹材及其加工废弃物和果壳为原料制造的活性炭产品。 1.2 兽骨、血炭 利用兽骨、血为原料,按照一定方法制成的炭(有的含碳量只有百分之十几)也具有不差的吸附性能,严格意义上来说这种产品不能算作活性炭。但人们往往也习惯把它称作活性炭。 1.3 矿物质原料活性炭 这一类活性炭主要是指由各种煤和石油及其加工产物(包括煤焦油、煤沥青、煤半焦、石油烃类、石油渣油、石油沥表、石油焦等)为原料制成的活性炭。 1.4 其它原料的活性炭 为了科学研究和特殊用途的需要以及扩大活性炭原料来源,也可以用合成树酯、废橡胶、废塑料、生活和工业垃圾中的有机物等为原料制造活性炭。 现在还有用金属碳化物为原料,将金属除去而制造中孔特别发达的活性炭。 为了充分利用资源,许多在不同场合对已经使用过且已失去吸附活性炭经过不同方法的加工又恢复了全部或部分吸附性能,进行重复使用。使失去吸附性能的活性炭复吸附活性的过程叫活性炭再生,经过再生过程加工的活性炭叫再生活性炭。再生方法有热再生、化学洗脱、溶剂萃取再生、生物再生等。Hx: 2.按活化控制方法分 2.1 化学法活性炭(化学炭) 将含碳原料与某些化学药品混合后进行热处理,制取活性炭的方法叫化学法。用化学法生产的活性炭又称为化学法活性炭或化学炭。 可以作为化学法的化学药品又称作活化剂,活化剂有氯化锌、氯化钙、碳酸钾、磷酸、磷酸二氢钾、硫化钾、硫酸、氢氧化钾、氢氧化钠、硼酸等,总之许多酸、碱、盐都可以用作活化剂,主要从活性炭的

影响活性炭吸附能力的三大主要因素

活性炭水处理所涉及的吸附过程和作用原理较为复杂,影响活性炭吸附能力的因素也较多。活性炭吸附能力的影响因素主要有以下三点: 一、活性炭的性质 由于吸附现象发生在吸附剂表面上,所以吸附剂的比表面积是影响吸附的重要因素之一,比表面积越大,吸附性能越好;活性炭的微孔分布是影响吸附的另一重要因素;此外活性炭的表面化学性质、极性及所带电荷,也影响吸附的效果。 二、吸附质(溶质或污染物)的性质 同一种活性炭对于不同污染物的吸附能力有很大差别。 (一)溶解度 对同一族物质的溶解度随链的加长而降低,而吸附容量随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。 (三)极性 活性炭基本可以看成是一种非极性的吸附剂,对水中非极性物质的吸附能力大于极性物质。 (四)吸附物的浓度 吸附质的浓度在一定范围时,随着浓度增高,吸附容量增大。因此吸附质(溶质)的浓度变化,活性炭对该种吸附质(溶质)的吸附容量也变化。 三、溶液pH 由于活性炭能吸附水中氢、氧离子,因此影响对其他离子的吸附。活性炭从水中吸附有机污染物质的效果,一般随溶液pH值的增加而降低,pH值高于9.0时,不易吸附,pH值越低时效果越好。在实际应用中,通过试验确定最佳pH值范围。 水处理分为上水处理和下水处理:

上水通常指生活用水、工业用水、纯水等经过人工处理后使用的水;下水通常指生活污染水、工业污水等。1.上水的活性炭处理:20世纪末我国有些水厂开始应用臭氧与活性炭滤池联合使用的生物活性炭法。实践表明,有如下作用: 能去除水中容解的有机物;能降低UV的吸收值,降低水中总有机碳(total otganic carbon,TOC)、化学需氧量及氯的含量;能将低进水中三卤甲烷前体;对色度、铁、锰、酚有去除效果;能使致实验为阳 性的水分显阴性。韩研活性炭采用先进的水质深度处理技术,结合城市自来水使用分配的实际情况,将椰壳活性炭投入小型、高效,且能去除致癌、致突变、致畸等污染物的净化装置,以自来水为原料作更深度的加工,保证饮用水的高质量。这样既确保了居民的健康,又在居民经济承受范围之内。2.下水活性炭处理:1953年发生在日本的水俣病事件,就是含甲基汞工业废气污染水体,使水俣湾打批居民发生神经性中毒的公害大事。韩研活性炭上引入聚硫脲有利于提高对汞吸附能力。该活性炭对汞的吸附能力最佳。含二氯乙烷的废水可以用活性炭柱吸附,饱和后用蒸汽再生,蒸汽冷凝后分成去水,常可定量地回收二氯甲烷。 xx公司相关产品介绍: 水处理活性炭系列介绍 污水处理粉末活性炭http: 煤质污水处理活性炭http: 果壳净水活性炭http:

活性炭的选择和使用

接触的生产中大部分产品脱色用活性炭都是一个牌号的针用活性炭。活性炭脱色一般使用极性溶剂,可以吸附分子而不吸附离子。在有机化学论坛看到一篇关于选择和使用的文献,还有不少学问。摘录如下: 影响活性炭吸附性能的因素 1.选择的活性炭质量达不到要求标准 1.1 当前社会,只有不合适的活性炭,已经很少有不合格的活性炭的!主要责任还在使用者,没有选择合适的活性炭。如果你要是说别人的活性炭不合格,你拿着活性炭去仲裁,胜的几率非常少!因为所谓的合格肯定有标准,当前的标准多如牛毛,有在具体行业有国标,有行标,还有企业标准,在fda,jfc(过年中,有点模糊)等等国家还有不同的标准。因此我不打算就活性炭不合格专门说明:一般来说,活性炭不合适会造成一下集中影响,首先是杂质不合适,你是制药,偏偏选择化工用炭,或者食品用炭,结果是颜色也许可以合格,但是杂质含量较高,叫做指标差,也是为什么有针剂用炭等等国标的原因,不是说他们的吸附能力多强,主要是杂质少,纯度高。如果是粉炭,当然是粒度越细越好,因为单纯看,表面积越大,吸附能力越强,而且吸附速度越快,因为根据活性炭吸附时间段进行分析,关键吸附时间是杂质从活性炭表面到内部的时间,也就是穿刺时间,当然粒度越小越好了。在这里要求的是活性炭的均匀度,也就是活性炭的粒度越匀越好。而且活性炭的过滤主要靠自身来过滤(滤饼),而且无论多好的活性炭,在使用过程中,不可避免的会出现碎炭。 单纯就活性炭的漏炭,我可以就个例进行大概的分析,这里暂不进行详述。需要的话,可以提醒我。 1.2 活性炭中锌盐、铁盐不合格,如铁盐含量较高,可使输液中某些药物如维生素c、对氨基水杨酸钠等变色。(但就上面几种药物,我无话可说,因为我不知道,可能会出现络合的情况出现。大多情况下,还是增加杂质,要是产色,也可能是活性炭的大比表面积配上一定的金属杂质或者重金属杂质,会形成活性炭担载催化剂的出现,在一定的脱色温度下,会产生反应,好多时候,脱色后会出现莫名的杂质,据估计可能就是这中情况(业界内没见到准确的说法)。当然杂

活性炭特征与在水处理过程中的影响

活性炭特征与在水处理过程中的影响 主要特性 吸附特性 活性炭是一种很细小的炭粒有很大的表面积,而且炭粒中还有更细小的孔——毛细管。这种毛细管具有很强的吸附能力,由于炭粒的表面积很大,所以能与气体(杂质)充分接触。当这些气体(杂质)碰到毛细管被吸附,起净化作用。活性炭的表面积研究是非常重要的,活性炭的比表面积检测数据只有采用BET 方法检测出来的结果才是真实可靠的,国内目前有很多仪器只能做直接对比法的检测,现在国内也被淘汰了。目前国内外比表面积测试统一采用多点BET法,国内外制定出来的比表面积测定标准都是以BET测试方法为基础的,请参看我国国家标准(GB/T 19587-2004)-气体吸附BET原理测定固态物质比表面积的方法。比表面积检测其实是比较耗费时间的工作,由于样品吸附能力的不同,有些样品的测试可能需要耗费一整天的时间,如果测试过程没有实现完全自动化,那测试人员就时刻都不能离开,并且要高度集中,观察仪表盘,操控旋钮,稍不留神就会导致测试过程的失败,这会浪费测试人员很多的宝贵时间。F-Sorb 2400比表面积测试仪是真正能够实现BET法检测功能的仪器(兼备直接对比法),更重要的F-Sorb 2400比表面积测试仪是迄今为止国内唯一完全自动化智能化的比表面积检测设备,其测试结果与国际一致性很高,稳定性也很好,同时减少人为误差,提高测试结果精确性。 活性炭对各气体的吸附能力(单位:ml/cm3): H2、O2、N2、Cl2、CO2 4.5 、35、11、494、97 催化特性 活性炭在许多吸附过程中伴有催化反应,表现出催化剂的活性。例如活性炭吸附二氧化硫经催化氧化变成三氧化硫。 由于活性炭有特异的表面含氧化合物或络合物的存在,对多种反应具有催化剂的活性,例如使氯气和一氧化碳生成光气。 由于活性炭和载持物之间会形成络合物,这种络合物催化剂使催化活性大增,例如载持钯盐的活性炭,即使没有铜盐的催化剂存在,烯烃的氧化反应也能催化进行,而且速度快、选择性高。 由于活性炭具有发达的细孔结构、巨大的内表面积和很好的耐热性、耐酸性、耐碱性,可作为催化剂的载体。例如,有机化学中加氢、脱氢环化、异构化等的反应中,活性炭是铂、钯催化剂的优良载体。 机械特性 (1)粒度:采用一套标准筛筛分法,求出留在和通过每只筛子的活性炭重量,表示粒度分布。 (2)静观密度或堆密度:饮食孔隙容积和颗粒间空隙容积的单位体积活性炭的重量。 (3)体积密度和颗粒密度:饮食孔隙容积而不饮食颗粒间空隙容积的单位体积活性炭的重量。 (4)强度:即活性炭的耐破碎性。 (5)耐磨性:即耐磨损或抗磨擦的性能。 这些机械性质直接影响活性炭应用,例如:密度影响容器大小;粉炭粗细影响过滤;粒炭粒度分布影响流体阻力和压降;破碎性影响活性炭使用寿命和废炭再生。 化学特性 活性炭的吸附除了物理吸附,还有化学吸附。活性炭的吸附性既取决于孔隙结构,又取决于化学组成。

活性炭室内空气净化的吸附应用原理

活性炭空气净化的吸附应用原理 1 室空气品质 随着科学技术的飞速发展,人类在生活居室环境方面获得了巨大的改善。空调的广泛使用给人们创造了一个以温湿度为主的舒适性环境,但同时也带来了室空气品质问题,尤其是无新风系统的空调房间,导致了“病态建筑综合症”、“建筑相关病”和多种化学物过敏症。“ 病态建筑综合症”的常见症状主要有头痛、神经疲劳、皮肤干燥、鼻塞、流鼻涕、流泪、眼痒等等。“建筑相关病”是指由空气中的某种成分直接引起的病症,比较严重的有“军团病”、“超敏性肺炎”等,有时甚至能带来生命危险。 所谓室空气品质,一般是指在某个具体的环境,空气中的某些要素对人群工作、生活的适宜程度,是反映了人们的具体要求而形成的一种概念。这种概念是建立在“以人为本”的基础上的。显然,人们不仅要求适宜的室温湿度,而且人们还要求室空气是新鲜的,无污染的,从而引发了对室空气品质的广泛研究。 室空气基本污染物与污染源如下表一室主要污染物及其来源:悬浮微粒、燃烧、抽烟、人体、烟草烟雾、人的吸烟行为、石棉、保温材料、氡及其蜕变物、墙体和地基、建筑材料、家具、挥发性有机物(vocs)油漆、清洁剂、建筑材料、一氧化碳、燃烧、吸烟、二氧化碳、燃烧、呼吸、微生物、家畜、人体、过敏物、动物、毛发、昆虫、花粉、臭氧

室空气有害物的种类繁多,但一般都是以低浓度的形式存在,有时还远远低于人的嗅觉阈值,但这并不意味着人体无害,恰恰相反,人一生中有五分之四的时间在室度过,长期受低浓度污染物的直接毒害,其后果还是相当严重的。 为了清除室空气中的有害物质,通风是一种非常有效的办法,但是它也有缺点:在室外大气污染日趋严重的今天,燃料的燃烧、工业生产及机动车辆排放的废气使得室外空气的质量也很差,而且室外空气与室空气的交换会带来巨大的能耗。 局部通风有时也因为污染源较分散或根本就不知道气态污染物从何而来而无法实现。目前通用的过滤器只是过滤灰尘,还不具备清除有害气体和细菌的功能。成功分离低浓度的气态污染物质和细菌对改善室陆空气品质至为重要。 活性炭吸附材料对室气态污染物具有优秀的吸附性能,使活性炭过滤器逐渐应用于民用建筑空调系统中。在通风量不变的条件下,它能使室空气得到更全面的净化。 2 活性炭的发展历史及分类 使用活性炭作为一种吸附材料已具有悠久的历史。早在古埃及时代,人类就会利用木炭来消除伤口散发的气味;1773年,勒首次科学地证明了木炭对气体具有吸附力;1808年,木炭被用到蔗糖业;第一次世界大战期间,为了消除化学武器的威胁,活性炭防毒面具问世,这是活性炭第一次应用于空气净化领域;上个世纪六十年代,具有独特化学结构、物理结构且吸附性能优异的新型纤维状活性炭材料研制成功。目前对吸附材料的研究集中于非均匀吸附剂的加工工艺、微观特征、能量不均匀性及吸附性能

活性炭吸附技术在水处理中的应用

活性炭吸附技术在水处理中的应用  顾斌 (南京林业大学,南京江苏 210037) 摘 要:本文将着重讲述活性炭的特性以及活性炭吸附技术在水处理中的应用情况。  关键字:活性炭,活性炭纤维,水处理  1. 引用 活性炭作为一种比较特殊的碳质材料,以其发达的孔隙结构、巨大的比表面积、良好的稳定性质、很强的吸附能力以及优异的再生能力,被广泛应用于环保等各个领域,文章将着重介绍活性炭吸附技术在水处理中的应用。 2. 活性炭的物理化学特性 2.1 活性炭(AC)活性炭是常用的一种非极性吸附剂,性能稳定,抗腐蚀,故应用广泛。它是一种具有吸附性能的炭基物质的总称。把含碳的有机物质加热炭化,去除全部挥发物,在经药品(如ZnCl2等)或水蒸汽活化,制成多孔性炭素结构吸附剂。活性炭有粉状和粒状两种,工业上多采用粒状活性炭。由于原料和制法的不同,其孔径分布不同,一般分为:碳分子筛,孔径在10×10-10m以下;活性焦炭,孔径20×10-10以下;活性炭,孔径在50×10-10m以下[1]。  2.2 活性炭纤维(ACF)活性炭纤维是一种新型吸附功能材料,它以木质素、纤维素、酚醛纤维、聚丙烯纤维、沥青纤维等为原料,经炭化和活化制的。与活性炭相比较特有的微孔结构,更高的外表面和比表面积以及多种官能团,平均细孔直径也更小,通过物理吸附以及物理化学吸附等方式在废水、废气处理、水净化领域得到了广泛应用。纤维状活性炭微孔体积占总孔体积90%左右,其微孔孔径大部分在1nm左右,没有过度孔和大孔。比表面积一般为600~1200m2/g,甚至可达3000m2/g。活性炭纤维脱附再生速率快,时间短,且其性能不变,这一点优于活性炭。与活性炭一样,活性炭纤维吸附时无选择性,主要用于吸附有机污染物,一般用于炼油厂综合废水处理[2]。  3. 活性炭的吸附作用与吸附形式 3.1 活性炭处理活性炭处理指利用活性炭作为吸附剂和催化剂载体的有关过程[3]。主要应用于生活饮用水深度净化,城市污水处理,工业废水的处理。  3.2 吸附作用与吸附形式[4] 将溶质聚集在固体表面的作用称为吸附作用。活性炭表面具有吸附作用。吸附可以看成是一种表面现象,所以吸附与活性炭的表面特性有密切关系。活性炭有巨大的内部表面和 - 1 -

活性炭在水污染处理中的应用和展望

活性炭在水污染处理中的应用和展望 摘要: 由于活性炭表面能大,来源广,价格便宜,是普遍用到的吸附材料,基于这些优点,活性炭吸附工艺也成为目前去除水中有机物的首选工艺。本文讲述了活性炭作为固体吸附剂的性质,同时也介绍了活性炭在水污染处理中的应用和展望。 关键词:活性炭,吸附,表面能 1.前言 任何表面都有自发降低表面能的倾向,由于固体表面难于收缩,所以只能靠降低界面张力的办法来降低界面张力的方法来降低表面能,这也就是固体表面能产生吸附作用的根本原因。由于活性炭具有发达的孔隙结构和巨大的比表面积,对水中溶解的有机物,如苯类化合物、酚类化合物、石油及石油产品等具有较强的吸附能力,而且对用生物法及其他方法难以去除的有机物,如色度、异臭、表面活性物质、除草剂、合成染料、胺类化合物以及许多人工合成的有机化合物都有较好的去除效果,因此活性炭吸附技术在水处理中已得到广泛应用。活性炭的特点 活性炭是一种多孔性含炭物质,具有发达的微孔构造合巨大的比表面积。它包括许多种具有吸附能力的碳基物质,能够将许多化学物质吸附在其表面上。活性炭最初用于制糖业,后来广泛用于去除污水中的有机物合某些无机物。

2.1活性炭的一般性质 活性炭外观为暗黑色,具有良好吸附性能,化学性质稳定,可耐强酸及强碱,能经受水浸、高温,密度比水小,是多孔的疏水性吸附剂。 2.2活性炭的作用机理 活性炭产生吸附的主要原因是固体表面上的原子力场不饱和,有表面能,因而可以吸附某些分子以降低表面能。固体从溶液中吸附溶质分子后,溶液的浓度将降低,而被吸附的分子将在固体表面上浓聚。活性炭在制造过程中,其挥发性有机物被去除,晶格间生成了空隙,形成许多不同形状、不同大小的细孔。通常活性炭颗粒中的孔隙占颗粒总体积的70%~80%。这些孔隙形状多样,孔径分布范围很广,细孔壁的总表面积即比表面积一般高达500~1700平方米/克。这就是为什么活性炭吸附能力强、吸附容量大的主要原因。 活性炭的吸附特性不仅与细孔构造和分布情况有关,而且还与活性炭的表面化学性质有关。活性炭本身是非极性的,其含量及电荷随原料组成、活化条件不同而异,低温活化(< 500℃)的碳可以生成表面酸性氧化物,水解后可以放出H+。由于活性炭表面有微弱的极性使其他极性溶质竞争活性炭表面的活性位置,导致非极性溶质吸附量的降低,而对水中某些金属离子交换吸附或络合反应,提高了活性炭对金属离子的吸附效果。 总之,在吸附过程中,真正决定吸附能力的是微孔结构。全部比表面几乎都是微孔构成的。粗孔和过渡孔分别起着粗、细吸附通道作用,它们的存在和分布在相当程度上影响了吸附和脱附速率。此外,活性

活性炭的使用方法和用量

活性炭 活性炭是一种黑色粉状,粒状或丸状的无定形具有多孔的碳,主要成分为碳,还含少量氧、氢、硫、氮、氯。也具有石墨那样的精细结构,只是晶粒较小,层层间不规则堆积。具有较大的表面积(500~1000米2/克),有很强的吸附性能,能在它的表面上吸附气体、液体或胶态固体;对于气体、液体,吸附物质的质量可接近于活性炭本身的质量。其吸附作用具有选择性,非极性物质比极性物质更易于吸附。在同一系列物质中,沸点越高的物质越容易被吸附,压强越大温度越低浓度越大,吸附量越大。反之,减压,升温有利于气体的解吸。常用于气体的吸附、分离和提纯,溶剂的回收,糖液、油脂、甘油、药物的脱色剂,饮用水及冰箱的除臭剂,防毒面具中的滤毒剂,还可用作催化剂或金属盐催化剂的载体。 早期生产活性炭的原料为木材、硬果壳或兽骨,后来主要采用煤,经干馏、活化处理后得到活性碳。生产方法有:①蒸汽、气体活化法。利用水蒸气或二氧化碳在850~900℃将碳活化。②化学活化法。利用活化剂放出的气体,或用活化剂浸渍原料,在高温处理后都可得到活性炭。活性炭具有微晶结构,微晶排列完全不规则,晶体中有微孔(半径小于20[埃]=10-10米)、过渡孔(半径20~1000)、大孔(半径1000~100000),使它具有很大的内表面,比表面积为500~1700米2/克。这决定了活性炭具有良好的吸附性,可以吸附废水和废气中的金属离子、有害气体、有机污染物、色素等。工业上应用活性炭还要求机械强度大、耐磨性能好,它的结构力求稳定,吸附所需能量小,以有利于再生。 活性炭用于油脂、饮料、食品、饮用水的脱色、脱味,气体分离、溶剂回收和空气调节,用作催化剂载体和防毒面具的吸附剂。活性炭脱色效果在水中最强,有机溶剂中较弱。一般加0.1—3%(W/V),搅拌30~60分钟,活性炭的粒度对脱色时间有影响,而且不同生产厂家,不同加工方法生产的活性炭,脱色效果相差很大。脱色温度和PH要根据你产物的性质,通过试验确定了。(1)活性碳一般使用温度是75-80度比较好;(2)活性炭脱色效果在水中最强,在强极溶剂中使用效果也不错,在非极性溶剂中效果较差;(3)一般情况下,在pH3-6条件下使用较好;(4)一般情况下,加入量为千分之一至三(or5);(5)脱色时间一般为30-60min;(6)活性碳的种类型号很多,比如糖用碳,油用碳等,要选择一种适合你使用的活性碳。 注意事项:(1)切不可在沸腾的溶液中加入活性炭,那样会有暴沸的危险。(2)用活性炭脱色要待固体物质完全溶解后才加入,因为有色杂质虽可溶于沸腾的溶剂中,但当冷却析出结晶体时,部分杂质又会被结晶吸附,使得产物带色,所以用活性炭脱色要待固体物质完全溶解后才加入。 活性炭使用须知 一、吸附分离原理 在两相介面上,一相中的物质或溶解在其中的溶质向另一相转移和积聚,使两相中物质浓度发生变化的过程称为吸附过程,既可以发生在液固介面,也可以发生在气固介面上。能够将其他物相中的某一组分有选择性地富集到自身表面的物质称为吸附剂,被吸附的物质称为吸附质。所谓介面,通俗地讲也就是表面,因此,吸附其实可以看成一种表面现象,吸附剂的吸附性能与其表面特性有密切的关系。例如比表面积。比表面积越大,吸附能力越强,通常比表面积随物质多孔性的增大而增大。 典型的吸附分离过程包含四个步骤:首先,将待分离的料液(或气体)通入吸附剂中;其次,吸附质被吸附到吸附剂表面,此时吸附是有选择性的;第三,

相关文档