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活性炭材料在环保中的应用

2017-07-03 14:19:00 益达滤材 阅读

  活性炭材料是一种重要的无定形碳素材料,为玄色多孔固体,孔隙结构发达,具有巨大的比表面积,一般可高达1000-3000 m2/g,对气体、溶液中的无机或有机物质及胶体颗粒等都有很强的吸附能力。作为一种性能优良的吸附剂,活性炭材料具有独特的孔隙结构和表面活性官能团,化学性质稳定,机械强度高,耐酸、耐碱、耐热,不溶于水和有机溶剂,并且能够再生循环使用,被广泛地应用于环保、化工、食品加工、湿法冶金、药物精制、军事化学防护等各个领域。世界发达国家从20世纪70年代开始,环保逐渐成为活性炭的主要消费市场,美国用于环保的活性炭占其总用量的66.22%,日本是75.41%。活性炭在我国的环境保护中已有广泛的应用,但是由于经济本钱等种种因素,与发达国家相比仍有很大的差距。目前生态环境日益恶化,人们对保护地球,绿色技术及绿色产品的呼声越发高涨,以活性炭为代表的炭材料在环保领域中的应用将会进一步发展,其主要表现为污水处理、大气污染防治等各个方面的应用。


活性炭材料在水处理中的应用

    由于活性炭材料具有良好的吸附能力,如活性炭纤维(ACF)能吸附产业废水中的多种有害物质及水中的大肠杆菌和氯[3]活性炭能吸附垃圾渗滤液中的甲醛、苯酚和苯胺[4]活性炭能吸附水中典型环境内分泌干扰物(2,4-二氯苯氧乙酸和壬基酚等)[5]活性炭材料可用于处理含酚废水、含Hg+废水及染料废水。

    活性炭用于水处理始于1932年的美国,用于芝加哥的自来水处理,并很快在各地自来水厂普及。然后又推广到产业用水、城市下水和产业废水处理等方面。目前发达国家大量使用活性炭进行水处理。发达国家水处理方面的活性炭用量占其总用量的40 %左右。我国固然有11 万吨的产量,但出口7 万吨,真正用于国内环境保护的活性炭用量多只有生产量的1/ 10 左右。


上水处理

    水质标准严格的是饮用水和上水源水。它对水中的微量有毒成分、pH、大肠杆菌、生物耗氧量、臭味等都有相应的严格要求。自来水用活性炭处理,可以除往有机杂质、各种臭味,这比用氯和漂白粉处理好,它不会造成含氯碳氢化合物(如氯甲烷) 的形成。孙治荣等在深度净化饮用水的研究中发现,在连续运行的方式下活性炭对有机物的往除效果较好。[2]此外,活性炭处理自来水不会导致Ca、Mg的损失。随着科技的进步,人们对饮用水的质量要求越来越严格。原来指标意义上的城市自来水已经不适合人类饮用,越来越多的国家和地区已对自来水的经营企业做出更加严格的规定,例如美国就严格规定,,城镇自来水厂如不采用活性炭处理就不准卖水。我国尽大多数城市饮用水达不到世界卫生组织规定的标准,其主要原因就是我国的自来水供给行业受本钱限制,在水处理过程中只采用了少量活性炭或根本不用活性炭。[7]


产业用水的处理

    产业用水因使用目的不同而有不同的标准。高纯度水主要应用于电子产业、化学产业、医药产业。无论采用何种方法获得高纯度水,活性炭处理必然是不可缺少的一个环节。活性炭处理主要是除往有机物、胶质、农药残留物、游离氯、致“热原”和少量的二氧化碳和氧等气体(往除气体对高压或临界状态运行的发电锅炉尤为重要) 。


城市居民生活污水的处理

    随着人类文明的进步和经济的发展,城市化进程必然加速,这就使城市居民生活污水污染水源的题目变得尤为严重。为了治理城市居民生活污水,一般采用“二级”或“三级”处理,活性炭通常用于三级处理中的第三级处理,经过三级处理的水质可达到总有机碳含量< 5 mg/ L ,高锰酸盐指数< 10 mg/L ,从而大大减轻对环境的破坏程度。


产业废水的处理

    产业废水处理通常也分为“二级”和“三级”处理。活性炭吸附法作为产业废水深度处理的一种重要方法或环节,尽大多数用在第三级,活性污泥--活性炭吸附系统是目前深度的处理系统。产业废水经活性炭净化处理后,不仅可以防止对自然水源的污染,而且可以回收部分有用的物质,如用活性炭吸附回收Ag等。


    另外,由于活性炭对水中的有机物具有突出的往除能力,对一些难以被生物降解的有机物更有独特的往除效果而被用于制革废水处理、造纸染料化工废水处理、焦化废水处理及其他有机废水处理中。Tomaszewska 等研究了Mavmee 河中的有机污染物后指出:常规的处理方法不能有效地往除河水中的一些杀虫剂等物质,而活性炭则有较好的往除效果,在河水中投进10 mg/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66 mg/L 降到2mg/L。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Ag+?, Pd2+?, Cd2+?, CrO42-等离子的吸附往除率可达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,所以其在无机废水处理中也有广泛的应用。



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