襄樊 果殼活性炭吸附機理簡述果殼活性炭吸附效果活性炭吸附機理簡述
活性炭是把有機原料（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，表面被侵蝕，產(chǎn)生微孔發(fā)達的構(gòu)造（此過程稱為活化）。由于活化的過程是一個微觀的過程，也就說大量的分子碳化物表面侵蝕是點狀侵蝕的，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3000m2/g）?；钚蕴康囊磺袘茫瑤缀醵蓟诨钚蕴康倪@一特點。目前，活性炭主要作為固體吸附劑，應用在化工、醫(yī)藥、環(huán)境等方面，用于吸附沸點及臨界溫度較高的物質(zhì)，分子量較大的有機物。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增多,親水性增強,這就不利于活性炭對水中苯酚、苯胺、腐殖酸、氯仿等有機物的吸附。因此,以去除有機污染物為目的的活性炭表面改性的研究方向應為:減少表面內(nèi)酯基及羧基等含氧官能團的含量,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℃下進行熱處理,其表面可產(chǎn)生較多的酸性基團,獲得較高的陽離子交換量,對重金屬離子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,則其表面會產(chǎn)生較多的堿性基團,獲得較高的陰離子交換容量,對陰離子表現(xiàn)出較強的吸附交換能力。.武漢理工大學材料科學與工程學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自動降解的，也不可用生物法降解。這個發(fā)現(xiàn)對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為水中的化學反應提供了大量的反應場所，增加了反應物碰撞的機會，加速反應的過程。也就是說，活性炭本身就可作為催化劑。對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物接觸而不被生成物所覆蓋，造成催化劑的失效。這對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物的生物的載體。這是因為活性炭表面吸附了有機物以后，可以成為微生物理想的穩(wěn)定的生長、繁殖場所。而且，利用活性炭作為微生物的載體，可以減少出水中的細菌個數(shù)。其實，活性炭的這種作用有點類似污水生物膜法（例如生物轉(zhuǎn)盤），但它比生物膜法具有更大的表面積，更有利于反應充分的進行，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。
因為吸附過程可看成三個階段，內(nèi)擴散對吸附速度影響較大，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有三項要求：吸附容量大、吸附速度快、機械強度好。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，可吸附在細孔壁上的吸附質(zhì)就多。吸附速度主要與粒度及細孔分布有關(guān)，水處理用的活性炭，要求過渡孔（半徑20~1000A）較為發(fā)達，有利于吸附質(zhì)向微細孔中擴散?；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，活性炭的機械耐磨強度，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)
同一種活性炭對于不同污染物的吸附能力有很大差別。
（一）溶解度
對同一族物質(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)分子的大小和化學結(jié)構(gòu)對吸附也有較大的影響。因為吸附速度受內(nèi)擴散速度的影響，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。不飽和鍵的有機物較飽和的易吸附。芳香族的有機物較脂肪族的有機物易于吸附。
?。ㄈO性
活性炭基本可以看成是一種非極性的吸附劑，對水中非極性物質(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，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pH值達到某個范圍時，這些化合物就要離解，影響對這些化合物的吸附。
溶液的pH值還會影響吸附質(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，因此影響對其他離子的吸附。
活性炭從水中吸附有機污染物質(zhì)的效果，一般隨溶液pH值的增加而降低，pH值高于9.0時，不易吸附，pH值越低時效果越好。在實際應用中，通過試驗確定最佳pH值范圍。
四、溶液溫度的影響
因為液相吸附時吸附熱較小，所以溶液溫度的影響較小。
吸附是放熱反應。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，溫度對吸附的影響越大。
另一方面，溫度對物質(zhì)的溶解度有影響，因此對吸附也有影響。
用活性炭處理水時，溫度對吸附的影響不顯著。
五、多組分吸附質(zhì)共存的影響
應用吸附法處理水時，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，它們之間可以共吸附，互相促進或互相干擾。一般情況下，多組分吸附時分別的吸附容量比單組分吸附時低。
六、吸附操作條件
因為活性炭液相吸附時，外擴散（液膜擴散）速度對吸附有影響，所以吸附裝置的型式、接觸時間（通水速度）等對吸附效果都有影響。
綜上所述，影響吸附的因素很多，應綜合分析，根據(jù)具體情況，選擇最佳吸附條件，達到最好的吸附效果?；钚蕴刻幚淼倪^程原理以及選擇的運轉(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。
因為吸附過程可看成三個階段，內(nèi)擴散對吸附速度影響較大，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有三項要求：吸附容量大、吸附速度快、機械強度好?；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，可吸附在細孔壁上的吸附質(zhì)就多。吸附速度主要與粒度及細孔分布有關(guān)，水處理用的活性炭，要求過渡孔（半徑20~1000A）較為發(fā)達，有利于吸附質(zhì)向微細孔中擴散?；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，活性炭的機械耐磨強度，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)
同一種活性炭對于不同污染物的吸附能力有很大差別。
（一）溶解度
對同一族物質(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酸的次序是按甲酸--乙酸--丙酸--丁酸而增加。
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吸附質(zhì)分子的大小和化學結(jié)構(gòu)對吸附也有較大的影響。因為吸附速度受內(nèi)擴散速度的影響，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。不飽和鍵的有機物較飽和的易吸附。芳香族的有機物較脂肪族的有機物易于吸附。
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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，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pH值達到某個范圍時，這些化合物就要離解，影響對這些化合物的吸附。
溶液的pH值還會影響吸附質(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，因此影響對其他離子的吸附。
活性炭從水中吸附有機污染物質(zhì)的效果，一般隨溶液pH值的增加而降低，pH值高于9.0時，不易吸附，pH值越低時效果越好。在實際應用中，通過試驗確定最佳pH值范圍。
四、溶液溫度的影響
因為液相吸附時吸附熱較小，所以溶液溫度的影響較小。
吸附是放熱反應。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，溫度對吸附的影響越大。
另一方面，溫度對物質(zhì)的溶解度有影響，因此對吸附也有影響。
用活性炭處理水時，溫度對吸附的影響不顯著。
五、多組分吸附質(zhì)共存的影響
應用吸附法處理水時，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，它們之間可以共吸附，互相促進或互相干擾。一般情況下，多組分吸附時分別的吸附容量比單組分吸附時低。
六、吸附操作條件
因為活性炭液相吸附時，外擴散（液膜擴散）速度對吸附有影響，所以吸附裝置的型式、接觸時間（通水速度）等對吸附效果都有影響。
綜上所述，影響吸附的因素很多，應綜合分析，根據(jù)具體情況，選擇最佳吸附條件，達到最好的吸附效果。
