活性炭的吸附性能及有机物
水中三种典型含氮有机物的活性炭吸附特性研究
给水排水 Ｖｏｌ．３７ 增刊 ２０１１５５ 水中三种典型含氮有机物的活性炭吸附特性研究沈开源 徐 斌 夏圣骥 李 伟 高乃云 覃 操（同济大学污染控制与资源化研究国家重点实验室，长江水环境教育部重点实验室，上海 ２０００９２） 摘要 利用三种类型活性炭（粉末炭ＰＡＣ、活性炭纤维ＡＣＦ、颗粒活性炭ＧＡＣ），对三种典型含氮有机物（色氨酸、腺嘌呤和三聚氰胺）的吸附容量和吸附速率开展了研究。
研究表明：ＰＡＣ与ＡＣＦ对色氨酸具有较高的吸附容量，吸附等温线符合Ｌａｎｇｍｕｉｒ模型，拟二级动力学模型能够很好反应吸附速率变化；ＧＡＣ吸附色氨酸等温线符合ＢＥＴ模型，其吸附速率变化符合内扩散模型。
ＡＣＦ与ＧＡＣ对腺嘌呤均具有较高的吸附容量，其吸附等温线符合Ｆｒｅｕｎｄｌｉｃｈ模型，拟二级动力学能较好地反应了吸附速率的变化；而ＰＡＣ对腺嘌呤的吸附更符合Ｌａｎｇｍｕｉｒ模型，吸附速率变化同样符合拟二级模型。
三种活性炭对三聚氰胺的吸附均大致符合ＢＥＴ模型，在低于液相饱和浓度条件下，三种炭的三聚氰胺吸附容量均较小，三种炭吸附三聚氰胺速率的变化都符合拟二级动力学模型。
关键词 色氨酸 腺嘌呤 三聚氰胺 吸附等温线 吸附速率Ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｔｈｒｅｅ ｎｉｔｒｏｇｅｎ?ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇｏｒｇａｎｉｃ ｍａｔｔｅｒｓ ｉｎ ｗａｔｅｒ ｂｙ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ａｃｔｉｖａｔｅｄ ｃａｒｂｏｎｓＳｈｅｎ Ｋａｉｙｕａｎ，Ｘｕ Ｂｉｎ，Ｘｉａ Ｓｈｅｎｇｊｉ，Ｌｉ Ｗｅｉ，Ｇａｏ Ｎａｉｙｕｎ，Ｑｉｎ Ｃａｏ（Ｓｔａｔｅ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ ａｎｄ Ｒｅｓｏｕｒｃｅ Ｒｅｕｓｅ，Ｔｏｎｇｊｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，ＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｙａｎｇｔｚｅ Ａｑｕａｔｉｃ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，Ｍｉｎｉｓｔｒｙ ｏｆ Ｅｄｕｃａｔｉｏｎ，Ｓｈａｎｇｈａｉ ２０００９２，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ，ｔｈｒｅｅ ｔｙｐｅｓ ｏｆ ａｃｔｉｖａｔｅｄ ｃａｒｂｏｎ（ｃａｒｂｏｎ ｐｏｗｄｅｒ ＰＡＣ，ａｃｔｉｖａｔｅｄ ｃａｒｂｏｎｆｉｂｅｒ ＡＣＦ，ｇｒａｎｕｌａｒ ａｃｔｉｖａｔｅｄ ｃａｒｂｏｎ ＧＡＣ）ｗｅｒｅ ｕｓｅｄ ｔｏ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅ ｔｈｅ ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ ｃａｐａｃｉｔｙ ａｎｄａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ ｒａｔｅ ｏｆ ｔｈｒｅｅ ｔｙｐｉｃａｌ ｎｉｔｒｏｇｅｎ－ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ ｏｒｇａｎｉｃ ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ Ｌ－ｔｒｙｐｔｏｐｈａｎ，ａｄｅｎｉｎｅ ａｎｄ ｍｅｌａｍｉｎｅ．ＰＡＣ ａｎｄ ＡＣＦ ｓｈｏｗｓ ｒｅｌａｔｉｖｅｌｙ ａ ｈｉｇｈ ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ ｃａｐａｃｉｔｙ ｆｏｒ ｔｈｅ ｔｒｙｐｔｏｐｈａｎａｎｄ ｔｈｅ ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ ｉｓｏｔｈｅｒｍｓ ｃｏｎｆｏｒｍ ｔｏ ｗｉｔｈ Ｌａｎｇｍｕｉｒ ｍｏｄｅｌ．Ｔｈｅ ｐｓｅｕｄｏ－ｓｅｃｏｎｄ－ｏｒｄｅｒ ｅｑｕａｔｉｏｎｓｈｏｗｓ ｔｈｅ ｂｅｓｔ ｆｉｔｔｉｎｇ ｆｏｒ ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ ｋｉｎｅｔｉｃｓ ｉｎ ｔｒｙｐｔｏｐｈａｎ ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ ｂｙ ＰＡＣ ａｎｄ ＡＣＦ．Ｈｏｗｅｖｅｒ，ｔｈ ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ ｉｓｏｔｈｅｒｍ ａｎｄ ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ ｋｉｎｅｔｉｃｓ ｏｆ ＧＡＣ ａｃｃｏｒｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ＢＥＴ ｍｏｄｅｌ ａｎｄ ｔｈｅｉｎｔｒａｐａｒｔｉｃｌｅ ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ ｍｏｄｅｌ，ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．ＡＣＦ ａｎｄ ＧＡＣ ｈａｓ ａ ｈｉｇｈｅｒ ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ ｃａｐａｃｉｔｙ ｆｏｒａｄｅｎｉｎｅ ａｓ ｗｅｌｌ，Ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ ｅｑｕｉｌｉｂｒｉｕｍ ｄａｔａ ａｎｄ ｋｉｎｅｔｉｃｓ ｆｏｒ ｂｏｔｈ ａｃｔｉｖａｔｅｄ ｃａｒｂｏｎｓ ｗｅｒｅ ｂｅｓｔｃｏｒｒｅｌａｔｅｄ ｗｉｔｈ Ｆｒｅｕｎｄｌｉｃｈ ｍｏｄｅｌ ａｎｄ ｐｓｅｕｄｏ－ｓｅｃｏｎｄ－ｏｒｄｅｒ ｅｑｕａｔｉｏｎ ｉｎｄｅｅｄ．Ｕｎｌｉｋｅ ＧＡＣ ａｎｄ ＡＣＦ，ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ ｉｓｏｔｈｅｒｍ ｏｆ ＰＡＣ ｉｓ ｂｅｔｔｅｒ ａｃｃｏｒｄａｎｃｅ ｗｉｔｈ Ｌａｎｇｍｕｉｒ ｍｏｄｅｌ，ｗｈｉｃｈ ｅｘｈｉｂｉｔｓ ｔｈｅ ｓｉｎｇｌｅｌａｙｅｒ ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ ｆｏｒ ａｄｅｎｉｎｅ．Ｍｅｌａｍｉｎｅ ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ ｏｎ ａｌｌ ａｃｔｉｖａｔｅｄ ｃａｒｂｏｎｓ ｓｈｏｗｓ ｒｅｌａｔｉｖｅｌｙ ｌｏｗｃａｐａｃｉｔｙ ｅｓｐｅｃｉａｌｌｙ ｕｎｄｅｒ ｌｏｗ ｅｑｕｉｌｉｂｒｉｕｍ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｉｎ ｗａｔｅｒ．Ｄｕｅ ｔｏ ｍｕｌｔｉｐｌｙ ｌａｙｅｒｓ ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ，ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ ｉｓｏｔｈｅｒｍｓ ｏｆ ｍｅｌａｍｉｎｅ ａｒｅ ｇｅｎｅｒａｌｌｙ ｃｏｎｓｉｓｔｅｎｔ ｗｉｔｈ ＢＥＴ ｍｏｄｅｌ．Ｔｈｅ ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ ｋｉｎｅｔｉｃｓｏｆ ｍｅｌａｍｉｎｅ ｏｎ ａｃｔｉｖａｔｅｄ ｃａｒｂｏｎｓ ａｒｅ ｃｏｎｓｉｓｔｅｎｔ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｐｓｅｕｄｏ－ｓｅｃｏｎｄ－ｏｒｄｅｒ ｅｑｕａｔｉｏｎ ａｓ ｗｅｌｌ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｔｒｙｐｔｏｐｈａｎ；Ａｄｅｎｉｎｅ；Ｍｅｌａｍｉｎｅ；Ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ ｉｓｏｔｈｅｒｍｓ；Ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ ｒａｔｅ国家高技术研究发展计划（８６３计划）项目（２００８ＡＡ０６Ｚ３０２）；国家自然科学基金资助项目（５１０７８２８０，５０８０８１３４）；上海市青年科技启明星计划项目（１１ＱＡ１４０７０００）。
活性炭的吸附机理及其在水处理方面的应用
活性炭的吸附机理及其在水处理方面的应用活性炭的吸附机理及其在水处理方面的应用概述：活性炭是一种具有高度多孔结构和巨大比表面积的吸附剂，广泛用于水处理领域。
本文将介绍活性炭的吸附机理，并详细讨论其在水处理方面的应用。
第一部分：吸附机理1. 活性炭的结构和性质活性炭是一种碳质材料，其独特的结构和性质使其具有良好的吸附能力。
活性炭通常由煤炭、木材等原料经过活化制得，具有高度多孔结构和巨大比表面积。
这些孔道和表面可提供大量的吸附位点，能够将溶质从水中去除。
2. 吸附机理活性炭的吸附机理涉及物理吸附和化学吸附两个过程。
物理吸附是通过静电力、范德华力和亲疏水性等力，将溶质吸附在活性炭表面或孔道上。
化学吸附则是通过活性炭表面的化学反应，使溶质与活性炭形成化学键。
这两种吸附机制共同作用，使得活性炭对多种污染物具有高效的吸附能力。
第二部分：活性炭在水处理中的应用1. 活性炭对有机物的吸附活性炭对有机物的吸附能力较强，可用于去除水中的有机污染物。
有机物分子往往含有芳香环、功能团等结构，这些结构与活性炭表面产生相互作用力，使有机物分子与活性炭形成吸附层，从而有效去除水中的有机污染物。
2. 活性炭对重金属的吸附活性炭对重金属离子的吸附也较为有效，可用于去除水中的重金属污染物。
重金属离子常呈阳离子形式存在于水中，而活性炭具有一定的负电性，能够与重金属离子发生静电吸附。
此外，活性炭中的表面官能团也能与重金属形成化学键，进一步增强吸附能力。
3. 活性炭对微污染物的吸附活性炭对水中的微污染物，如农药残留、药物和个人护理产品中的物质等，也有良好的吸附能力。
这些微污染物由于其量低浓度高和稳定性差的特点，对水质构成了较大的威胁。
活性炭的高比表面积和多孔结构为吸附这些微污染物提供了良好的条件。
第三部分：活性炭水处理技术的发展和挑战1. 发展趋势随着水污染问题日益严重，活性炭在水处理领域的应用得到了广泛关注和应用。
新型活性炭材料的开发，如改性活性炭、纳米活性炭等，将进一步提高吸附效率和性能。
活性炭手册
表3-6-4 液相中使用活性炭的主要操作方式。
活性炭种类 采用方法 操作方式
八、活性炭对各种蒸气之吸附能力
活性炭对各种蒸气之吸附能力
指數 品名 指數 品名 指數 品名 指數 品名 指數 品名
4 硝基甲烷 3 硝酸 2 丙烷 3 乙醚 4 家具臭
3 甲醇 4 消毒剂 4 丙酸 1 乙烯 4 果实臭
3 甲醚 4 樟脑 4 丙醇 3 环氧乙烷 4 气油
（2）处理生产用水：活性炭在处理各种生产用水中获得广泛应用。如在酿造业、清凉饮料业及制冰业，使用活性炭除去地下水中的颜色、臭味、胶体物质、洗涤剂、农药及其他有机物质，或者除去自来水中的游离氯气、臭味等；电力、化学等工业部门用活性炭处理锅炉用水及锅炉回流水的脱油；医药工业用活性炭除去水中的致热源；电子工业使用活性炭制取超纯水；海运业使用活性炭制造饮用水；水族馆中用活性炭除去自来水中的氯气等。
4 环己烷 4 肥料臭 4 碘气 4 酚 4 杂酚
3 二甲基苯 3 病毒 4 碘仿 3 煤烟 4 巴豆醛
4 硫酸二甲
3 不完全燃
4 酪酸 4 肥皂臭 4 氯丁二烯
3 车排气 3 丁二烯 1 硫化氢 4 接著剂 4 氯苯
4 树脂臭 2 丁烷 4 硫酸 4 体臭 4 乳酸
4 臭化乙烷 4 丁醇 1 一氧化氮 4 香烟 4 尿酸
碘化气 15 醋酸丙酯 19 漆溶剂
硫化气 3 腐蛋臭 醋酸甲酯 23 漆溶剂
碘 40 (醛) 16 溶剂
活性炭过滤器的原理
活性炭过滤器的原理
活性炭过滤器的原理是利用活性炭的吸附作用来去除水或空气中的污染物。
活性炭是一种疏松的多孔材料，具有极大的比表面积，其中存在大量微小的孔洞和吸附位点。
当废水或空气穿过活性炭过滤器时，污染物分子会被活性炭吸附到其表面上。
活性炭有很强的吸附能力，可以吸附多种有机物、异味、颜色和重金属等物质。
这是由于活性炭表面孔洞的存在，孔洞的大小和结构可以提供适合不同分子尺寸的吸附位点。
当水或空气中的污染物分子接触到活性炭表面时，它们会被吸引到孔洞中，并在瞬间发生吸附反应。
通过活性炭过滤器可以有效去除许多污染物，包括有机溶剂、氯、臭味、重金属、挥发性有机化合物和其他化学物质。
吸附过程是可逆的，当孔洞填满或活性炭饱和时，过滤器可以更换或再生以恢复吸附能力。
活性炭过滤器广泛应用于水处理领域、空气净化设备、工业废气处理等应用中，可以提供干净安全的水源和空气质量。
然而，需要注意的是，活性炭过滤器只能去除物理性污染物和部分化学性污染物，对于微生物、细菌和病毒等无法有效杀灭。
因此，在特定的应用场景中，可能需要结合其他技术或设备来实现更全面的净化效果。
活性炭的吸附性能及有机物吸附介绍
活性炭的吸附性能及有机物吸附介绍活性炭是一种具有高度孔隙结构的吸附材料，在工业和生活中被广泛应用于水处理、空气净化、废气治理以及食品和药品加工等领域。
其优异的吸附性能使其成为有效去除有机物污染物的选择。
本文将探讨活性炭的吸附性能以及其在有机物吸附方面的应用。
一、活性炭的吸附性能1. 孔隙结构活性炭具有丰富的微孔、介孔和大孔结构，提供了较大的比表面积和孔容，因此具备良好的吸附能力。
微孔通常具有直径小于2纳米的孔隙，能吸附小分子有机物，而介孔和大孔可吸附大分子有机物。
2. 表面化学性质活性炭表面通常富含官能团，如羟基、醚基和酰基等，这些官能团对有机物的吸附起到重要作用。
例如，氨基活性炭对含有酸性基团的有机物具有很好的吸附能力。
3. pH值影响pH值对活性炭的吸附性能有一定影响。
在酸性条件下，活性炭的表面通常带有正电荷，对带有负电荷的有机物具有较好的吸附性能。
而在碱性条件下，活性炭的表面带有负电荷，对带有正电荷的有机物较为吸附。
二、活性炭对有机物的吸附应用活性炭广泛用于水处理领域，尤其是饮用水净化和废水处理。
活性炭能有效吸附有机物、重金属离子和微生物等水污染物，提高水质。
通过调整活性炭的孔径和表面官能团，可实现对特定有机物的选择性吸附，达到加工要求。
2. 空气净化活性炭在空气净化中用于去除有害气体、异味和有机污染物。
例如，在室内装修过程中产生的甲醛和苯等挥发性有机物可被活性炭吸附，达到持久净化的效果。
活性炭过滤器也常用于车内空气净化，有效吸附尾气中的有机污染物。
3. 食品和药品加工活性炭在食品和药品加工过程中，用于去除色素、有害气体和异味等有机物。
例如，在酿酒过程中，活性炭可吸附蛋白质和色素，提高酒类的质量。
在药品制造中，活性炭可用于去除杂质、有毒物质和残留溶剂。
三、活性炭的应用前景活性炭作为一种环保、高效的吸附材料，具有广阔的应用前景。
随着环境污染和水资源短缺的问题日益突出，活性炭在水处理、空气净化和废气治理领域的需求将持续增长。
活性炭的作用及相关知识介绍
活性炭的作用及相关知识介绍活性炭是一种经过特殊处理制成的一种多孔性吸附材料。
其原理是利用其丰富的孔道和表面积，吸附各种有机物质和气体，在环境保护、食品饮料、医药卫生等多个领域有着广泛的应用。
本文将详细介绍活性炭的定义和原理、分类、制备过程、应用领域、优缺点以及发展前景。
一、活性炭的定义和原理活性炭是指经过特殊处理制成的一种多孔性吸附材料。
由于其材料孔径范围广、比表面积大、孔隙结构具有多尺度特性等独特性质，使得其在各类有机化学反应和环境污染物治理中得到广泛应用。
活性炭具有吸附，催化，电导等多种性质，可分为吸附型、催化型、电导型等多种类型。
活性炭的原理是利用其丰富的孔道和表面积，吸附各种有机物质和气体。
清洗后的活性炭表面存在着大量的分子间空隙，能够大量吸附、储存及释放细胞壁和宿主细胞内的低分子化合物。
同时，具有强烈的亲水性，使得其在使用过程中与许多接触物质具有良好的亲和性。
二、活性炭的分类根据制备方法和用途不同，活性炭可分为吸附型、催化型、电导型等多种类型，具有不同的物理化学性质和应用范围。
1.吸附型活性炭吸附型活性炭是指利用各种原料，通过炭化和活化等基本工艺制成的多孔性物质。
其吸附能力在净化处理、保护环境、去除恶臭等方面有着广泛的应用。
此外，吸附型活性炭还包括高中温气体吸附型、样品萃取型、富锐型等不同种类。
2.催化型活性炭催化型活性炭是指采用酸碱状构、络合条件等方法制得的活性炭。
它可以利用活性炭上的原子、分子活性中心，对特定反应体系进行催化作用，具有一定的催化作用。
催化型活性炭包括酸硅炭、磷硅炭等不同种类。
3.电导型活性炭电导型活性炭是指共聚单体、聚合物等材料通过电解反应制成的具有电导性的活性炭。
此类活性炭可用于柔性电子器件、传感器等领域。
三、活性炭的制备过程活性炭制备的关键步骤包括原材料选择、炭化和活化等多个阶段，不同的制备方法可产生不同孔径大小和吸附性能的活性炭。
1.原材料选择在制备活性炭的过程中，一般采用木质、树木或在高温下加热的生物质等为主要原材料。
活性炭
一、活性炭的性质与主要用途活性炭是一种多孔物质，主要由植物源和矿物源的含碳材料例如木材、果壳、石油、煤等经过各种形式的予处理及活化制成。
〈一〉活性炭的性质:1、活性炭具有独特的孔径结构和良好的吸附性能。
活性炭内部的碳具有和石墨结晶类似的层状微晶结构，碳原子排列成三角形的平面层，但各层之间是无规则地重迭着，并有层面扭曲现象。
这种螺层状结构，使基本微晶之间形成了许多形状不同、大小不等的空隙。
通过活化处理，这些空隙被疏通连接，并进一步发展。
正是这些空隙，使活性炭形成巨大的固体内表面积，若按单位重量计算，每克活性炭可达500一1500平方米。
活性炭的吸附性能主要取决于它的孔径结构，其次是炭表面的化学性质以及气相、液相中被吸附物质的性质。
2、活性炭有足够的化学稳定性，其表面对某些化学反应能起很好的催化作用和辅助催化作用。
机械强度良好，可以耐水浸，耐强酸强碱，能承受较高的温度和压力。
〈二〉活性炭的主要用途1、水处理活性炭对水中有机物有很好的吸附能力，对污水中各种物质吸附的范围也很广，包括非电解质、电解质、络合物、各种类型的表面活性剂、高分子等，而且几乎全都是从多组份溶液中吸附。
近年来，随着工业废水、城市污水排放量的日益增多，以及大量施用化肥和农药，使天然水体及地下水源受到污染，有些地区十分严重，影响了工业和生活用水。
除了采用原有给水净化工艺和污水处理技术外，活性炭吸附技术越来越广泛地应用于水处理工艺中，成为深度净化的有效手段之一。
据报道，美国1977年用于水处理的活性炭已近3万吨，日本每年用于水处理的活性炭已超过1万吨。
我国在这方面的应用量也有较快的增长。
甘肃省白银市原因黄河水源被污染，无法供生活用水，采取活性炭吸附净化水源已有7年。
2、溶剂回收利用活性炭的吸附性能，回收蒸发在空气中的油汽和溶剂，具有节能和保护环境的双鱼作用。
特别是溶剂浓度较低时，比用冷凝回收法效果要好得多，回收率一般在90%以上，回收费用不超过溶剂价值的5一20%。
活性碳纤维的特性
活性碳纤维的特性1)吸附量大活性碳纤维对有机气体及恶臭物质（如正丁基硫醇等）的吸附量比粒状活性炭（GAC ）大几倍至十几倍。
对无机气体也有较好的吸附能力。
对水溶液中的无机物、染料、有机物及贵金属的吸附量比GAC 高5—6倍。
对微生物及细菌也有很好的吸附能力（如对大肠杆菌的吸附率可达94—99%）。
对低浓度吸附质的吸附能力特别优良。
如对于吸附质的浓度在几ppm 级时仍可保持很好的吸附量，而GAC 等吸附材料往往在几十ppm浓度时才有良好的吸附能力。
2)吸附速度快对于从气相中吸附气态污染物的吸附速度非常快，对液体的吸附也可很快达到吸附平衡，其吸附速率比GAC 高数十倍至数百倍。
3)再生容易，脱附速度快在多次吸附和脱附过程中，仍能保持原有的吸附性能。
如用120-150℃蒸汽或热空气再生处理ACF 10-30分钟即可达到完全脱附。
4)耐热性好在惰性气体中可耐高温1000℃以上，在空气中的着火点高达500℃以上。
5)耐酸、耐碱，具有较好的导电性能和化学稳定性。
6)灰份少。
7)成型性好，易加工成毡、丝、布、纸等形态。
活性碳纤维的介绍一般传统上所使用的活性炭可分为粉末状活性炭（AC）和颗粒状活性炭(GAC)，上世纪六十年美、日、俄等国家相继研发出第三种形态的活性炭称为活性碳纤维（Activated Carbon Fibers,/ACF）。
国内在七十年代末八十年初,也研发出活性碳纤维。
因为活性炭纤维其表面遍布微孔，以及可经二次加工，成为不同形态的毡及布状的材料，与传统的颗粒炭相比，具有较快的吸附、脱附的速度和更便利的操作维护等优点活性碳纤维（以下简称ACF）的诞生在整个环保产业是一场革命。
ACF是以粘胶基纤维为原料，经高温碳化、活化后制成的纤维状新型吸附材料，与社会上公认的比较好的吸附材料颗粒状活性炭相比，ACF具有以下显著的的特点：（一）、比表面积大，有效吸附量高。
由于同样重量的纤维的表面积是颗粒的近百倍，所以需要填充的活性碳纤维的重量非常小，然而吸附效率却非常高，根据所处理废气的有机气体含量和其它物理特性的不同，吸附效率在85％至98％之间，多级吸附工艺可以达到99.99％,远远高于活性碳颗粒吸附法的最高吸附率88％，而且体积及总重量也都很小。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
活性炭的吸附性能及有机物吸附介绍--沈阳活性炭-
沈阳活性炭过滤器
作者：就是处理水来源：东北亚水网发布时间：2010-06-11
活性炭的吸附性能及有机物吸附介绍--沈阳活性炭-沈阳活性炭过滤器
活性炭的吸附性能及有机物吸附的一般概念
活性炭的强吸附性能除与它的孔隙结构和巨大的比表面积有关外（其比表面积可达
500-1700m2/g），还与细孔的行状和分布以及表面化学性质有关。
活性炭的细孔一般为1～10nm，其中半径在2nm以下的微孔占95％以上，对吸附量影响最大；过渡孔半径一般为10～100nm，占5％以下，它为吸附物质提供扩散通道，影响扩散速度；半径大于100nm、所占比例不足1％的大孔也是作为提供扩散通道的。
活性炭的吸附通道决定影响吸附分子的大小，这是因为孔道大小影响吸附的动力学过程。
有报道认为，吸附通道直径是吸附分子直径的1.7～21倍，最佳范围是1.7～6倍，一般认为孔道应为吸附分子的3倍。
活性炭表面化学性质可以说其本身是非极性的，但由于制造过程中处于微晶体边缘的碳原子共价键不饱和而易与其他元素（如H、O）结合成各种含氧官能团，如羟基、羧基、羰基等，以致活性炭又具有微弱的极性，并具有一定的化学和物理吸附能力。
这些官能团在水中发生离解，使活性炭表面具有某些阴离子特性，极性增强。
为此，活性炭不仅可以除去水中的非极性物质，还可吸附极性物质，优先吸附水中极性小的有机物，含碳越高范德华力越大，溶解度越小的脂肪酸愈易吸附，甚至微量的金属离子及其化合物。
活性炭过滤用以脱除水中的微量污染物和对反渗透膜产生损害的游离氯。
因为活性炭是一种非极性吸附剂，外观为暗黑色，粒状。
主要成分碳、氧、硫、氢，具有良好的吸附性能和稳定的化学性质，可以耐强酸、强碱，能经受水浸、高温、高压作用，不易破碎。
活性炭是用动植物、煤、石油及其它有机物作原料，经加热脱水、炭化、活化制成的。
具有巨大的比表面积和发达的微孔，微孔直径为20~30埃。
此外，活性
炭的表面有大量的羟基和羧基官能团，可以对各种性质的有机物进行化学吸附、以及静电引力作用。
因此，可以脱色，除臭味，脱除重金属、各种溶解性有机物、放射性元素、胶体及游离氯等。
活性炭对有机物的去除
活性炭去除有机物的影响因素
活性炭对有机物的去除受有机物溶解特性的影响，主要是有机物的极性和分子大小的影响。
由于活性炭表面性质基本上是非极性的，故对分子量同样大小的有机物，溶解度越大、亲水性越强，活性炭对其吸附性越差，反之对溶解度小、亲水性差、极性弱的有机物（如苯类化合物、酚类化合物、石油和石油产品等）具有较强的吸附能力。
对于分子量大的有机物，由于其憎水性强，体积大，又由于膜扩散、内扩散控制吸附速度，因而导致吸附速度很慢。
活性炭对有机物的吸附方式
基于上述活性炭对有机物等污染物的吸附现象，可以认为其主要吸附方式为：
一是范德华力（分子间力）吸附，是很弱的力，吸附力与活性炭的性质和活性炭本身的微孔结构有关，两者分子间不发生电子转移，故不形成化学键。
二是物质在活性炭表面之间有电子交换或共享。
前者是物理吸附，是可逆的；后者是化学吸附，是不可逆的。
但无论何种吸附方式，都必须接受活性炭本身结构的孔道尺寸是否能够使有机物进入，而后才能被吸附的事实。
活性炭去除有机物的特点
研究认为，分子量在500～3000是活性炭可能吸附的范围，并随分子量的增大，吸附容量减小（见表1）。
分子直径大于活性炭孔径的有机物难以被活性炭吸附。
若有机分子直径近似于活性炭孔径，则可能堵塞，形成不可逆吸附。
表1 活性炭对不同分子量有机物的去除比较
尽管两个原水水质不一样，但活性炭对不同分子量有机物的去除却表现出共同的特性。
活性炭对分子量为500～3000的有机物有十分好的去除效果，对分子量小于500和大于3000的有机物没有去除效果。
对于分子量小于500的有机物非但没有去除效果，反而还有使其增加的可能，这可能是由于分子量小于500的有机物亲水性较强，易被分子量大于500、且具有比其更强的憎水性的、能进入活性炭微孔内的有机物所取代。
活性炭对不同分子量的有机物的吸附量的不同是因为活性炭细孔是最有影响的孔径，即孔径1～
10nm被吸附分子直径占活性炭细孔的1/3者，占主要吸附容量，可以说，在此范围内的有机物，基本上是小于2~3nm的有机物，能被活性炭表面吸附（如图1）。
去除有机物的活性炭的选择
目前，国内生产的优质活性炭品种很少，且多数属于气相炭（即18～20埃的细孔占绝大多数），自然界的污染物和有机物要比气体分子大很多，使用气相炭是不适当的。
据报道，国内还没有专门适用于饮用净水的活性炭。
用于市政自来水处理的活性炭是过渡孔隙并不足够多的代产品，所以吸附效果较差，周期短。
特别是设计者和应用者往往盲目地按活性炭的一般吸附性指标（即比表面积、碘值、四氯化碳吸附值、亚甲基蓝吸附值）来选取处理天然水的活性炭，这是不恰当的。
例如，椰壳炭大部分孔隙直径是18～20埃，其20埃（2nm）以下的微孔占95％以上，尽管这种炭的比表面积最大，达到上千平方米，它只对于气体或小分子具有很高的吸附容量；但对于水中分子量较大、分子体积较大的有机物其吸附程度则受活性炭的过渡孔道的影响，因而用于去除天然水中分子量较大的有机物，需选用过渡孔占高比例的活性炭。
活性炭对碘、四氯化碳、亚甲基蓝这些小分子物质的吸附是可以进入活性炭的微孔中，其吸附值仅是反映了活性炭对小分子物质的吸附能力。
天然水中的有机物主要包括腐殖酸、富维酸等物质，其分子量比碘、亚甲基蓝、四氯化碳（分子量大都在100～200以下）的分子量大得多，故其吸附值不能代表对天然水中有机物的吸附能力。
表2为活性炭一般吸附性指标。
表2 活性炭一般吸附性指标（国标GB/TB804－1990）
活性炭的吸附容量和吸附速度除了与表面积有关外，还与其吸附动力学因素（即吸附质能否顺利迁移至活性炭孔的表面）有关，如前已述及的观点：吸附分子直径大于孔道直径的1/3以上，吸附运动就会受阻，吸附量就会下降。
各种活性炭吸附性能（吸附容量和吸附速度）排列次序如下表3所示。
表3 活性炭吸附容量和吸附速度的排列
注：活性炭过滤器失效按吸附量降至15％～20％时为终点，大约运行三个月。
反渗透预处理之超滤技术PK 活性炭
传统的反渗透预处理工艺通常为多介质过滤+ 活性炭过滤，但随着用水要求的提高及水处理技术的不断进步，先进的超滤技术逐步登上水处理行业的舞台，这无疑是净水革命史上的一次飞跃。
下文中将对超滤技术较传统活性炭的先进之处给予简要描述。
正如人们所认知的影响反渗透给水胶体和悬浮颗粒的水质指标是SDI（即污染指数），污染指数SDI 的测定是以0.45μm微孔膜作为依据的。
大于0.45μm微孔的有机物相对分子量大约是上百万，这对于有效吸附分子量为500～3000的活性炭来说，是无能为力的。
即使活性炭过滤使SDI有所降低，使COD 有所下降，也只能认为是机械过滤的作用，而不是靠吸附的作用。
况且活性炭还存在有成为细菌滋生源的负面作用。
因而在反渗透预处理中，活性炭仅是作为吸附部分小分子有机物之用，很显然以活性炭过滤作为降低由于大分子颗粒形成的高SDI的手段，是不当的。
而针对于活性炭的上述不足我们可以通过下表4明显的看出超滤技术作为反渗透预处理及在净水工艺中的优越性。
表4 超滤与活性炭性能比较
注：活性炭吸附有机物寿命计算
例：3000活性炭罐截面积=7m2
活性炭添加量=7m2×1.6m=11.2m3
活性炭重量=11.2m3 ×0.45t/m3 =5.04t
给水活性炭吸附量(7%)=5.04t ×0.07=0.353t=353Kg
活性炭水流量=80t/hr;
原水有机物为0.4mg/L=0.4g/t
进入活性炭有机物=0.4g/t ×80t/hr=32g/hr=0.032Kg/hr
活性炭寿命=353Kg/(0.032Kg/hr)=11031hr=459d=1年零2个半月此外超滤还具有以下优点：
大流量错流，污染均化
反冲加药，抑制污染
化学药洗，及时恢复
反冲水回用，节约用水
多套交替反冲，稳定连续
易与自动控制，直观高效
表5、运行成本比较
工艺：多介质＋活性炭＋反渗透＋混床
*其他成本另计
工艺：超滤＋反渗透＋混床
*其他成本另计
总结：
以上分析比较表明若预处理系统中采用传统工艺多介质和活性炭，很大程度上势必造成人力和物力的大量消耗，并且对水中各种杂质，尤其一些有机物和胶体等，不能全面而有效的去除，造成对后续反渗透膜的保护不佳，因而大大缩减了膜的使用寿命，增加了劳动量且消耗大量的化学药剂。
并且通过以上论述可以看出，活性炭吸附有机物的使用寿命相当短，这样活性炭的更换成本就会很高，并且影响系统连续产水，是一种很不经济，也很不实用的过滤系统，而超滤呢，恰恰弥补了活性炭的种种不足，如：自动化程度高、能够连续运行、产水水质稳定、使用寿命长、能够很好的保护后续反渗透系统膜，延长反渗透系统膜的使用寿命，降低系统运行成本。