活性炭改性方法及其在水处理中的应用
活性炭改性方法及其在水处理中的应用
活性炭是用生物有机物质（包括煤、石油和沥青等在内）经过炭化、活化等过程制成的一种无定形炭。它具有多孔结构、巨大的比表面积、吸附容量大、速度快和饱和可再生等特点，能够有效地去除水中的臭味、天然和合成溶解的有机物、微污染物以及一些大气中的污染气体等，但是普通活性炭比表面积小、孔径分布不均匀和吸附选择性能差，故普通活性炭需要进一步的改性，满足实验和工程需要。现在常采用工艺控制和后处理技术对活性炭的孔隙结构进行调整，对表面化学性质进行改性，进而提高其吸附性能。
标签：活性炭；改性方法；水处理
活性炭是一种吸附性很强的环境友好型吸附剂，有很好的吸附性能和催化性能。活性炭的原料来源广泛并且具有很高的安全性和稳定性，具有耐酸碱、耐热、易再生等特点。实践表明，活性炭对水中溶解的有机溶剂有很好的吸附性能，对水质浑浊有明显的澄清作用，并且能够去除水中的异味、臭味等，还能够过滤水中的微生物，因此在水处理行业中有着非常广泛的应用。本文就活性炭的改性方法和其在水处理方面的应用进行了简述，旨在为活性炭及其改性产物在水处理行业中的应用提供一定参考。
1、活性炭的改性方法
1.1表面氧化改性
表面氧化改性是通过氧化剂对活性炭进行处理，从而使活性炭表面的官能团发生氧化，提高含氧的官能团（羧基、酚羟基、酯基等）数量，增强活性炭的亲水性能，即极性，增强对极性物质的吸附能力的改性方法，常用的氧化剂主要是双氧水、硝酸、臭氧、高氯酸等。其中硝酸的氧化性最强，能够产生许多的酸性基团，其他氧化剂则相对温和，可以用于调整活性炭的表面酸性。氧化改性后的活性炭材料表面几何形状更加均匀，并且使用不同的氧化剂能够得到韩阳官能团数量和极性不同的活性炭材料，其中，酸性含氧官能团含量的多少与氧化程度有很大的关系。
1.2 活性炭表面化学性质的改性方法
活性炭表面化学性质的改变主要是通过一定的方法改变活性炭表面的官能团以及表面负载的离子和化合物，从而改变其表面的化学性质达到活性炭的吸附能力的提高。活性炭表面化学性质改性方法可分为：表面氧化法、表面还原法、负载原子和化合物法、酸碱法等。在改性过程中常常联合不同的改性方法对活性炭进行改性，从而达到更好的改性效果。
1.2.1 表面氧化法
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+。
一种改性活性炭的制备方法
一种改性活性炭的制备方法，黎福根，唐怀远Patents Publication number CN103043659 A Publication type Application Application number CN 201210548722 Publication date Apr 17, 2013 Filing date Dec 17, 2012 Priority date Dec 17, 2012 Publication number 201210548722.1, CN 103043659 A, CN 103043659A, CN 201210548722, CN-A-103043659, CN103043659 A, CN103043659A, CN201210548722, CN201210548722.1 Inventors 黎福根, 唐怀远 Applicant 湖南丰日电源电气股份有限公司 Export Citation BiBTeX, EndNote, RefMan Patent Citations (3), Classifications (1), Legal Events (3) External Links: SIPO, Espacenet 一种改性活性炭的制备方法 CN 103043659 A Abstract 本发明公开了一种改性活性炭的制备方法，所述改性活性炭是采用抑氢剂改性的活性炭；所述的抑氢剂为负载在活性炭表面的氧化铅；其制备过程是先使用活性炭吸附铅离子；再使用碱将铅离子沉积在活性炭表面；最后通过热处理使氢氧化铅分解成氧化铅，并负载在活性炭表面；活性炭、铅盐与碱通过球磨方法发生化学反应，然后在保护气环境下通过高温处理制备。本发明制备工艺简单，生产周期短，易于工业化生产，设备投资较少；绿色环保；应用广泛；能够增大活性炭的比电容。 Claims(2) 1. 一种改性活性炭的制备方法，其特征在于，所述改性活性炭是采用抑氢剂改性的活性炭；所述的抑氢剂为负载在活性炭表面的氧化铅；所述的改性活性炭的制备过程是：1.先使用活性炭吸附铅离子； 2.再使用碱将铅离子沉积在活性炭
活性炭的制作方法
活性炭的制作方法 郑州虹阳净水材料有限公司整理 活性炭电极材料的干法室温改性方法 活性炭电极材料的干法室温改性方法，利用滚压振动磨机作为改性设备;在惰性气体环境、干法和室温条件下按如下步骤进行：a)将滚压振动磨机置于手套箱中，封闭出料口，将待加工的活性炭样品由加料口加入磨机筒体内;b)用空气过滤网将磨机加料口封闭，再将整个手套箱封闭，利用真空泵将手套箱及振动磨机筒体抽成真空，然后充入惰性气体。抽气和充气应反复进行，直到整个手套箱中的气氛完全由惰性气体控制，并且与外部大气压平衡为止;c)根据原料的颗粒尺度和形貌，通过*机设定并控制所需的振动频率和研磨时间。本发明能优化活性炭的孔径分布，改善活性炭的结晶性和导电性，操作简便，能耗低，效率高，无附加污染和后续处理工艺。 活性炭电极材料的干法室温改性方法 活性炭电极材料的干法室温改性方法，利用滚压振动磨机作为改性设备;在惰性气体环境、干法和室温条件下按如下步骤进行：a)将滚压振动磨机置于手套箱中，封闭出料口，将待加工的活性炭样品由加料口加入磨机筒体内;b)用空气过滤网将磨机加料口封闭，再将整个手套箱封闭，利用真空泵将手套箱及振动磨机筒体抽成真空，然后充入惰性气体。抽气和充气应反复进行，直到整个手套箱中的气氛完全由惰性气体控制，并且与外部大气压平衡为止;c)根据原料的颗粒尺度和形貌，通过*机设定并控制所需的振动频率和研磨时间。本发明能优化活性炭的孔径分布，改善活性炭的结晶性和导电性，操作简便，能耗低，效率高，无附加污染和后续处理工艺。 高活性光催化的空气净化粉体材料及其制备方法与应用 本发明公开了一种在紫外、可见光和*辐射条件下都具有较好的光催化效果的空气净化粉体材料及其制备方法和应用，空气净化粉体材料为带有掺杂元素的纳米氧化钛包覆*米极性矿物电气石颗粒形成的纳米-*米复合粉体材料，所述掺杂元素为稀土元素或/和过渡元素，其中稀土元素为选自Ce、Pr、La、Sm、Eu、Nd元素的氧化物或硝酸盐中的一种或几种，所述过渡元素为选自Fe、Ag、Co、Cu、Zn元素中的一种或几种。本发明的空气净化材料在紫外、可见光和*波条件下都具有较好的光催化效果，光催化产生的· 含活性炭的球状颗粒复合材料及其制备工艺 本发明公开了一种含活性炭的球状颗粒复合材料及其制备工艺，该材料由含活性炭的内核与陶质薄膜层外壳组成。其制备工艺是：在活性炭、膨润土和凹凸*土中加入添加剂，制得内核;在膨润土和凹凸*土中加入添加剂，制得外壳材料，将外壳材料粘合于内核表面，高温烧结，得到球状颗粒复合材料。这种含活性炭的复合材料，表面为多孔状的陶质薄膜层外壳，该结构在确保活性炭吸附性能的同时，提高了材料的耐压性、耐磨性，可防止活性炭碎屑、粉末的掉落;同时，在使用一段时间后，用户可自行对材料进行脱附处理，恢复材料的吸附活性。该颗粒复合材料可应用于有*、有害气体的吸附去除。
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，
活性炭改性方法及其在水处理中的应用
活性炭改性方法及其在水处理中的应用 活性炭是用生物有机物质（包括煤、石油和沥青等在内）经过炭化、活化等过程制成的一种无定形炭。它具有多孔结构、巨大的比表面积、吸附容量大、速度快和饱和可再生等特点，能够有效地去除水中的臭味、天然和合成溶解的有机物、微污染物以及一些大气中的污染气体等，但是普通活性炭比表面积小、孔径分布不均匀和吸附选择性能差，故普通活性炭需要进一步的改性，满足实验和工程需要。现在常采用工艺控制和后处理技术对活性炭的孔隙结构进行调整，对表面化学性质进行改性，进而提高其吸附性能。 标签：活性炭；改性方法；水处理 活性炭是一种吸附性很强的环境友好型吸附剂，有很好的吸附性能和催化性能。活性炭的原料来源广泛并且具有很高的安全性和稳定性，具有耐酸碱、耐热、易再生等特点。实践表明，活性炭对水中溶解的有机溶剂有很好的吸附性能，对水质浑浊有明显的澄清作用，并且能够去除水中的异味、臭味等，还能够过滤水中的微生物，因此在水处理行业中有着非常广泛的应用。本文就活性炭的改性方法和其在水处理方面的应用进行了简述，旨在为活性炭及其改性产物在水处理行业中的应用提供一定参考。 1、活性炭的改性方法 1.1表面氧化改性 表面氧化改性是通过氧化剂对活性炭进行处理，从而使活性炭表面的官能团发生氧化，提高含氧的官能团（羧基、酚羟基、酯基等）数量，增强活性炭的亲水性能，即极性，增强对极性物质的吸附能力的改性方法，常用的氧化剂主要是双氧水、硝酸、臭氧、高氯酸等。其中硝酸的氧化性最强，能够产生许多的酸性基团，其他氧化剂则相对温和，可以用于调整活性炭的表面酸性。氧化改性后的活性炭材料表面几何形状更加均匀，并且使用不同的氧化剂能够得到韩阳官能团数量和极性不同的活性炭材料，其中，酸性含氧官能团含量的多少与氧化程度有很大的关系。 1.2 活性炭表面化学性质的改性方法 活性炭表面化学性质的改变主要是通过一定的方法改变活性炭表面的官能团以及表面负载的离子和化合物，从而改变其表面的化学性质达到活性炭的吸附能力的提高。活性炭表面化学性质改性方法可分为：表面氧化法、表面还原法、负载原子和化合物法、酸碱法等。在改性过程中常常联合不同的改性方法对活性炭进行改性，从而达到更好的改性效果。 1.2.1 表面氧化法
活性炭的表面改性及其研究
活性炭的表面改性及其研究 摘要：活性炭表面的不饱和电子云和炭结构中存在的杂原子影响了其应用范围，为了满足应用要求，必须对其表面进行改性；介绍了活性炭表面改性的方法，包括对活性炭外观、形状的改变，采用碳沉积技术对孔结构的改变，针对不同应用条件对活性炭表面极性的改性等。 关键词：活性炭；表面改性；改形；极性基团 Abstract: unsaturated electron cloud on the surface of the activated carbon and structure of the carbon hetero-atom affected its application scope, in order to meet the application requirements, must be on the surface modification; The method of the surface modification of activated carbon are introduced, including the appearance, the shape of the activated carbon change, using carbon deposition technology to the change of pore structure, according to different application conditions on the surface polarity of the modified activated carbon, etc. Key words: activated carbon; The surface modification; Change shape; Polar groups 前言 1 【活性炭应用领域扩大对其性能提出了更新、更高的要求，在“高吸附、多功能、高强度”的总要求下，（减低活性炭的使用成本，扩大使用范围，提高利用效率的有效突进）【4,6】。出现了对专用炭质吸附材料需求量越来越多的趋势。目前用传统工艺生产出来的活性炭只能识活性炭表面结构的基础上，采用某种可行的途径对其进行表面改性，从而达到实际应用的目的。现在的活性炭种类少，技术含量低，缺少功能化高品质专用的活性炭，【3-5】】 一、前言 与树脂、硅胶、沸石等吸附剂相比，活性炭具有许多独特且不可替代的特性。 活性炭吸附剂的优点 1、活性炭的表面特性活性炭具有的表面化学性质、孔径分布和孔隙形状不同，是活性炭具有选择性吸附的主要原因。 2、化学性质稳定、容易再生活性炭的化学性质稳定、能耐酸、耐碱，所以能在较大的酸碱度范围内应用；活性炭不溶于水和其他溶剂，能在水溶液和许多溶剂中使用。 3、催化性质活性炭作为接触催化剂用于各种异构化、聚合、氧化和卤化反应中。它的催化活性是由于炭的表面和表面化合物以及灰分等的作用。 4、有较发达的孔隙结构活性炭具有发达的孔隙结构，除了活性分子筛以外，孔径分布范围较广，具有孔径大小不同的孔隙，能吸附分子大小不同的各种物质。
改性活性炭2
1 活性炭的表面官能团 活性炭的表面化学性质决定了其化学吸附特性。化学性质主要指活性炭表面的化学官能团,可分为含氧官能团和含氮官能团;含氧官能团又可分为酸性含氧官能团和碱性含氧官能团:酸性基团有羧基、酚羟基、醌型羰基、正内酯基及环式过氧基等,碱性氧化物普遍认为是苯并噁口英钅翁的衍生物或类吡喃酮结构基团。酸性氧化物使活性炭具有极性的性质,有利于吸附各种极性较强的化合物;碱性化合物易吸附极性较弱或非极性物质。 2 活性炭的表面改性 化学官能团作为活性中心支配了活性炭表面化学性质,而活性炭表面官能团的数量和种类主要是由生产活性炭的原材料所决定,从而对成品活性炭进行改性处理以改善其吸附性能就有一定的意义。活性炭表面化学性质的改性可以从氧化改性、还原改性、酸碱处理改性、负载金属改性、酸碱改性等方面进行。下面分别加以论述: 2. 1 氧化改性 一般活性炭属于非极性物质,由于它的疏水性,使它可以在水溶液中有效吸附各种非极性有机物,但吸附溶液中具有一定极性的亲水性的溶质就有困难。天然有机物中的非腐殖质物质包括碳水化合物质、蛋白质、肽类、氨基酸、脂肪和色素等许多低分子量有机物以及藻类有机物等。一般说来,这类有机物易被微生物分解。近年来的研究表明,消毒副产物相当一部分是来自水中的非腐殖质部分的天然有机物,按DOC 计算,与腐殖质部分的天然有机物形成的消毒副产物相比,二者比例相当。而这部分物质在常规处理工艺中的去除作用较弱,因此可以通过改变活性炭表面碱性和酸性基团的含量,从而对活性炭进行氧化处理以提高对此类物质的吸附能力。氧化改性主要是利用强氧化剂在适当的温度下对活性炭表面的官能团进行氧化处理,从而提高表面含氧基团的含量,增强表面的极性。表面极性较强的活性炭易吸附极性 物质,从而可以达到吸附回收或废水处理的目的。当前对活性炭氧化改性研究主 要以硝酸氧化改性为主,此外针对过氧化氢和次氯酸的研究也较多。对活性炭进行氧化改性处理可使其化学性质和微孔结构同时发生改变,缓和的氧化改 性处理可使活性炭表面的含氧集团增多,结构的微孔变化不大,吸附性能变化也不大;强氧化改性则使其微孔结构遭破坏,过渡孔系增多,吸附性能明显降低。活性炭经氧化处理后,表面酸性基团大量增加, 表面亲水性增强, 零电点p H(p Hpzc) 值降低,而硝酸氧化同时可导致活性炭的结构塌陷,比表面积降低,过氧化氢对纤维活性炭(ACF) 有一定的活化作用。氧化改性可增强活性炭对CO2，SO2。、苯、金属离子等极性较强的物质的吸附,但减弱了对苯酚、腐殖酸等有机物质的吸附。王琳发现利用强氧化剂对活性炭进行改性,改变了活性炭表面官能团的性质,使原来具有催化还原能力的官能团,改性为具有氧化能力的官能团,从而抑制了活性炭中亚硝酸盐的形成,使出水中亚硝酸盐浓度从未改性活性炭的2 . 0mg/ L 降低为改性后的0. 01mg/ L 改性后活性炭的吸附性能有不同程在硝酸改性过程中,活性炭的孔隙结构在破坏的同时也不断生成,改度的升高和降低,应根据活性炭的应用领域选择不同的改性工艺。与市售活性炭比较,改性活性炭的碘吸附值总体下降,说明硝酸改性对活性炭的微孔结构产生破坏。随着温度的升高和处理时间的延长,改性活性炭 的吸附性能总体呈先升后降的趋势。在本实验条件下,硝酸改性活性炭的较
活性炭与碳纳米管材料改性及其对重金属的吸附
活性炭与碳纳米管材料改性及其对重金属的吸附Absorption of heavy mental ions on modified materials： active carbon and Carbon nanotubes ---- 摘要： 总结多种不同原材料制备和改性活性炭及碳纳米管的方法、吸附机理。通过吸附等温线、表面结构性质（比表面积、总表面酸性官能团、等电点等特征）分析这两类材料改性后对单一重金属的吸附性能。论述多种重金属共存时改性材料对金属离子的吸附影响。最后展望改性材料的存在问题及应用前景。 关键词： 材料改性活性炭碳纳米管吸附重金属 Abstract： Sum the methods of making and modifying active carbon and carbon nanotubes from differents of raw materials and adsorption mechanism of modified materials.The single heavy mental ions adsorption performance on these two materials isinvestigated by measuring different properties such asspecific surface area,PZC,total surface acidic groups as well as adsorption isotherm.The adsorption capacities of many heavy mental ions on modified material were studied.Modify of materials has some defects as well as widely used. Key words： modification of material active carbon Carbon nanotubes absorption heavy mental ions 引言： 目前冶炼、电解、医药、油漆、合金、电镀、纺织印染、造纸、陶瓷与无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[1]．污水中大
活性炭改性研究进展
活性炭改性研究进展 韩严和 全 燮 薛大明 赵雅之 陈 硕 (大连理工大学环境科学与工程学院,大连116023) 摘 要 本文从表面结构特性、表面化学性质和电化学性质3个方面叙述了国内外在活性炭改性方面的研究进展。 表面结构特性改性主要是从增大比表面积和控制孔径分布两方面展开,从而增大吸附量;表面化学性质改性主要是通过氧化还原改变表面含氧酸性、碱性基团的相对含量以及负载金属改性,从而改变对极性、极性较弱或非极性物质的吸附能力;电化学性质改性主要是通过加微电场改变活性炭表面的带电性和由此而产生的化学性质的变化,从而改变吸附性能。最后,本文还从活性炭的吸附性质方面,客观地提出了今后发展方向。 关键词 表面结构性质 表面化学性质 电化学性质 活性炭 改性 Advance of research on modified activated carbon Han Yanhe Quan Xie Xue Daming Zhao Yazhi Chen Shuo (School of Environmental Science and Tech nology ,Dalian University of Technology ,Dal ian 116023) A bstract The paper depicts the advance of research on modified active carbon at home and abroad from surface structure properties ,chemical characterization and electrochemical characterization .The modification of surface structure properties is m ainly done by enlarging specific surface area and co ntrol porosity ,according -ly enlarging adsorption capacity .The modification of surface chemical characterization is done by redox to modify relative content of o xygen containing acid g roup and base g roup and loading of metal compound ,ac -co rdingly modify the adso rption capacity of dipoles ,w eak dipoles and non -dipoles molecules .The modifica -tion of electrochemical characterization is m ainly done by exposing activated carbon under w eak electric field to modify the charge of the surface and chemical character change ,accordingly modify the adso rption capacity .In the end ,advance of research is proposed in the future from adsorption capacity of activated carbon . Key words surface structure properties ;surface chemical character ;electrochemical character ;activ ated carbon ;modification 收稿日期:2002-10-13 作者简介:韩严和(1976～),男,安徽安庆人,硕士,主要研究方向为 环境工程(主要是水处理),现研究课题为活性炭电改性处理染料废水。 活性炭是一种优良的吸附剂,它能吸附各种有机物和无机物。活性炭具有多孔结构,吸附容量大、速度快,能有效地吸附气体、胶态物质及有机色素等,因此广泛用于食品工业、化学工业和环境保护等各个领域。它还有一个最大的特点就是饱和后可以再生。 活性炭具有很大的吸附性能主要是由其特殊的表面结构特性和表面化学特性所决定,同时,活性炭的电化学性质对吸附性能也有很大的作用。活性炭 的表面化学性质和表面结构特性决定其吸附性能。对活性炭进行氧化改性处理可使两者性质同时发生改变,缓和的氧化使表面含氧基团增多,结构的微孔变化不大,吸附性能变化也不很大。强氧化改性则使其微孔系结构遭破坏,过渡孔系增多,吸附性能明显降低。 1 表面物理结构特性的改性 结构特性决定了活性炭的物理性吸附。结构特性主要是指微孔体积、比表面积和微孔结构等,普通活性炭存在灰分高、孔容小、微孔分布过宽、比表面积小和吸附性能差等特点。因此,有必要对其结构进行改性。活性炭的比表面积、孔径分布等物理性质对其吸附能力有很大的影响。活性炭的孔径分布是影响吸附容量的主要因素,这是因为分子筛的作 用,当尺寸较大的吸附质分子不能进入孔直径比其小的孔内,孔径与吸附质分子的关系及吸附性能如下[1]: 第4卷第1期环境污染治理技术与设备 Vol .4,No .12003年1月Techniques and Equipment for Environmental Pollution Control Jan .2003
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
活性炭改性实验
水污染控制工程实验 实验报告 题目：活性炭吸附实验 活性炭间歇吸附实验 一、实验目的 1.通过实验进一步了解活性炭的吸附工艺及性能，并熟悉整个实验过程的操作。 2.掌握用“间歇法” 、“连续流”法确定活性炭处理污水的设计参数的方法。 二、实验原理 活性炭吸附就是利用活性炭的固体表面对水中一种或多种物质的吸附作用，已达到净化水质的目的。活性炭的吸附作用产生于两个方面，一是由于活性炭内部分子在各个方向都受到同等大小的力而在表面的分子则受到不平衡的力，这就使其他分子吸附于其表面上，此为物理吸附；另一个是由于活性炭与被吸附物质之间的化学作用，此为化学吸附。活性炭的吸附是上述两种吸附综合的结果。当活性炭在溶液中的吸附速度和解吸速度相等时，即单位时间内的活性炭的数量等于解吸的数量时，此时被吸附物质在溶液中的浓度和在活性炭表面的浓度均不在变化，而达到平衡，此时的动平衡称为活性炭吸附平衡，二此时被吸附物质在溶液中的浓度称为平衡浓度。活性炭的吸附能力以吸附量q表示。 式中 q —活性炭吸附量，即单位重量的吸附剂所吸附的物质量，g/g； V —污水体积，L； C0、C —分别为吸附前原水及吸附平衡时污水中的物质浓度，g/L； X —被吸附物质重量，g；
M — 活性炭投加量，g ； 在温度一定的条件下，活性炭的吸附量随被吸附物质平衡浓度的提高而提高，两者之间的变化称为吸附等温线，通常费用兰德里希经验公式加以表达。 n e e KC q 1= 式中 q — 活性炭吸附量，g/g ； C — 被吸附物质平衡浓度g/L ； K 、h — 溶液的浓度，pH 值以及吸附剂和被吸附物质的性质有关的常数。K 、h 值 求法如下：通过间歇式活性炭吸附实验测得q 、C 一一相应之值，将式取对数后变换 为下式： e e e C n K m C C q lg 1lg lg lg 0+=-= 将q 、C 相应值点绘在双对数坐标纸上，所得直线的斜率为1/n 截距则为k 。 由于间歇式静态吸附法处理能力低、设备多，故在工程中多采用连续流活性炭吸附法，即活性炭动态吸附法。 采用连续流方式的活性炭层吸附性能可用勃哈特和亚当斯所提出的关系式来表达。 公式： t KC v H KN B C C 0)1exp(ln 10ln 0-??????-=???? ??- ??? ? ??--=10ln 1000B C C K C H v C N t 式中 t — 工作时间，h ； V — 流速，m/h ； D — 活性炭层厚度，m ； K — 速度常数，L/mg·h； N0 — 吸附容量、即达到饱和时被吸附物质的吸附量，mg/L ； C0 — 进水中被吸附物质浓度，mg/L 。 CB —— 允许出水溶质浓度，mg/L 。
活性炭在饮用水处理中的应用
活性炭在饮用水处理中的应用 目前我国大部分水源受到不同程度的水质污染，然而常规处理除对浊度有较好的去除外，对其他水质指标的去除率都较低。在这种情况下，活性炭可作为饮用水处理的有效手段，愈发受到重视。文章概述了活性炭的基本性质、制备、改性及在饮用水处理中的应用，并对其今后的发展方向进行了分析。 标签：活性炭；饮用水处理；应用 近年来，有机物污染的加重以及饮用水污染突发事件的增加，时刻提醒着人们关注饮用水的水质安全问题。研究表明[1-4]，常规水处理工艺对TOC的去除率不到30%，氨氮的去除率依原水水质而定，大多在25%以下，而且面对一些突发性的水源水质污染，常规处理工艺很难应对，如两虫、藻类、内分泌干扰物等。这就要求我们寻求新的技术来完善传统的常规处理工艺。活性炭能够有效地去除污染物及消毒副产物的前体物，提高和保障饮用水质，是至今饮用水深度处理中最为有效的方法[5]。 1 活性炭基本性质 活性炭属于固体炭质的一种，其颜色呈黑色，结构多微孔（直径多为1×10-10～1×10-9μm）。大量的微孔致使活性炭的比表面积高达1000m2/g，远远高于其它固体材料，这一特质使活性炭具有强大的吸附能力。活性炭的吸附根据吸附力的不同分为物理吸附、化学吸附、离子吸附，而活性炭对有机物的去除以物理吸附为主，范德华力在物理吸附中起决定性作用[6]。 因制作活性炭的原料不同，所以活性炭具有不同的结构和化学性质，应用也各不相同。比如，由木材制作的活性炭为粉末状，孔隙结构较大，能够吸附分子量较大的物质；由椰壳制作的活性炭为不定型颗粒状，大孔少，多用于吸附分子量较小的物质[7]。 2 活性炭制备 活性炭的制備工艺十分成熟，为了获得优质的活性炭，一般采用以下制备方法[8]：（1）原料预处理，包括脱灰和预氧化。脱灰可以通过去除原料中的Ca、Mg等杂质来提高活性炭性能，但费用较高。预氧化不仅能够使活化温度降低，活化时间缩短，还能够使原料的表面活性增加，使活化作用更为深入。（2）使用催化活化剂。这一工艺可以大大提高反应速率，使孔径分布集中。（3）使用模板。这一工艺可通过改变模板从而控制活性炭的孔隙分布，但制备工艺复杂，成本高。（4）物理与化学联用，可提高活性炭的比表面积，得到超级活性炭。 3 活性炭的改性 随着活性炭在水处理中的应用越来越多，普通活性炭[9]由于本身的缺陷如