活性炭的应用

时间：2023-03-24 13:40:39来源：food栏目：食品快速检测阅读：

活性炭的应用

[db:作者] / 2023-01-05 00:00

[应用]活性炭用于化工、环保、食品加工、冶金、军事化学防护等各个领域，且广泛用于工业三废治理、溶剂回收、水处理、气体的分离精制、冰箱的除臭、金属的提取、半导体应用等方面。活性炭可以单独使用，也可以和臭氧、生物膜、高分子膜、天然沸石等组合使用。优质活性炭是水处理的重要材料。它用于饮用水处理、微污染水处理、废水及污水处理，也可用于高纯水和海水淡化的预处理。

①污水源的净化用活性炭吸附水中的有机物、颜色、臭味、油、苯酚等。活性炭可吸附水中有机物、颜色、臭味、油和酚类等。活性炭对有机物的吸附，吸附量与有机物分子大小有关。从侯延明的研究看出活性炭对相对分子质量在500以下和3000以上的有机物吸附能力较差，而对相对分子质量在500～1000以内的有机物具有较好的去除能力。活性炭对有机物吸附，也与吸附质性质有关，如活性炭自水溶液中吸附脂肪酸，吸附量顺序为：丁酸>丙酸>乙酸>甲酸，与其非极性大小顺序一致，极性大的物质不易被吸附。Tomaszewska等用活性炭去除马维米(Mavmee)河中引起臭味的土臭素(geosmin)和2-甲基异茨酸非常有效，按10mg/L量投入活性炭，可将这些臭味物质从66mg/L降到2mg/L。何杰等研究表明，活性炭对饮用水中致色有机物的去除率达到82.7%～86.6%；活性炭对有机物吸附也与吸附质溶解度有关，如对自来水中苯酚和苯胺的去除率分别达到83.0%和92.9%。苯酚在水中溶解度大于苯胺，以非极性为主的活性炭表面对水中溶解度较小的物质苯胺有较大吸附能力，去除效果好。目前自来水中致色有机物的去除主要依靠活性炭吸附。

②有机工业废水处理由于活性炭对水中的有机物具有突出的吸附能力，对一些难以被生物降解的有机物更有独特的去除效果，因而被用于制革废水、造纸染料废水、焦化废水及其他有机废水的处理中。常规的处理方法不能有效地去除河水中的一些杀虫剂等物质，而活性炭则有较好的去除效果，在河水中投入10mg/L的活性炭可以将引起臭味的土臭素(Geosmin)和2-甲基异茨酸(MIB)从66mg/L降到2mg/L。

③无机工业废水处理某些活性炭对于废水中无机重金属离子具有一定的选择吸附能力。如颗粒状活性炭对于Pd2+、Pd2+、CrO42-等离子的吸附去除率可达85%以上。对其他金属离子如锑、铋、锡、汞、钴、铅、镍、铁等均具有良好的吸附能力。

④饮用水及微污染水净化领域臭氧-生物活性炭工艺以其可以高效去除水中溶解性有机物和致癌突变物、出水安全、优质而备受重视。在这种工艺中，活性炭起着生物膜的载体材料的作用，而且活性炭可以很快地把臭氧分解掉，使液体中的溶解氧量增加，稳定了微生物的生息环境，为好气性微生物的生长提供了保证。

赵芝清等以污泥为原料制备活性炭用以对Cr6+的吸附，以生活污水厂脱水房污泥和巨化污水厂脱水房污泥制备活性炭，在投加量为0.01g/mL的条件下，考察了反应时间、反应温度和起始pH值对吸附Cr6+废水的影响。通过试验得出：随着反应时间、反应温度的改变，两种活性炭对Cr6+的去除率均具有相似的变化趋势，最佳反应时间和反应温度分别为20min和25℃；随着起始pH值的改变，两种活性炭对Cr6+的去除率均具有不同的变化趋势(见表4-34)，当pH值从2上升到8时，生活污水厂污泥活性炭对Cr6+的去除率由99.76%降到74.29%，而巨化污水厂污泥活性炭对Cr6+的去除率基本不变，在最佳吸附条件下，两种活性炭对Cr6+的去除率均达到99%以上。

表4-34 pH值对活性炭吸附含Cr6+废水的影响

张旭等研究了煤质活性炭对腐殖酸的吸附性能，发现活性炭孔隙结构，比表面积与腐殖酸吸附值具有相关性，对腐殖酸类有机物来讲，微孔吸附不起主要作用，过度孔(2～50nm的孔)的吸附起至关重要的作用，如表4-35所列。

表4-35 孔隙结构、比表面积与腐殖酸吸附值试验数据

曹晓强等研究了微波改性活性炭对甲苯的吸附性能。结果表明，随着改性温度升高，吸附值逐渐提高，表面碱性官能团含量也相应增加。改性温度为850℃时活性炭吸附甲苯性能最高，650℃与450℃改性后活性炭吸附甲苯的性能相差不大。扫描电镜分析显示微波改性使活性炭孔道更加通畅，有利于提高吸附甲苯的能力，但温度升高同样存在碳骨架收缩，孔道变窄的弊端。通过实验数据并结合扫描电镜结果分析，实验认为活性炭吸附甲苯包括物理吸附和化学吸附两种机理，低温改性时主要提高物理吸附性能，高温则主要提高化学吸附性能。

蒋新元等利用竹材加工剩余物竹蔸、竹节和竹枝制备竹炭，再以H3PO4为活化剂，在活化温度为700℃和不同的H3PO4浓度下进行活化制备竹活性炭，测定了吸附性能最强的竹活性炭在不同吸附时间和Pb2+初始浓度下对Pb2+的吸附率，并进行了结构表征。结果表明，当H3PO4溶液质量分数为45%时，所制备的竹活性炭吸附性能最强，其中竹蔸活性炭的Pb2+吸附性能接近于商品活性炭；竹蔸活性炭吸附Pb2+的吸附时间在120～180min为佳；根据Langmuir最大吸附量计算公式求得竹蔸活性炭最大吸附量为91.1mg/g。竹枝炭、竹节炭与竹篼炭的孔隙度分别为0.656、0.698和0.740，竹枝活性炭、竹节活性炭与竹篼活性炭的孔隙度分别为0.690、0.715和0.755；竹篼炭和竹篼活性炭比表面积分别为110.354m2/g、462.069m2/g，孔容分别为0.090cm3/g、0.235cm3/g，平均孔径分别为3.1552nm、2.0368nm。

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