活性炭在环境治理和监测方面的应用现状和发展-华南师范大学

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1、活性炭在环境治理和监测方面的应用现状和发展 叶 雅 （华华南师范范大学 广州 51000066）摘要综综述了活活性炭在在环境保保护领域域的应用用现状。主要有水处理和气体处理，并展望了活性炭技术的前景和发展趋势。关键词 活性炭炭 吸附附 测定定 新进进展The PPressentt Siituaatioon aand Devveloopmeent of Envviroonmeentaal RRecooverry aand Monnitoor bby AActiivatted CarrbonnYe Yaa(Depaartmmentt off Chhemiistrry aand Envviroonm

2、eent, Soouthh Chiina Norrmall Uniiverrsitty, Guaangzzhouu 51100006, Chiina)Abstrractt:Thhe aappllicaatioon oof aactiivatted carrbonn inn ennvirronmmenttal fieeld wass reevieewedd，inncluudinng tthe fieeld of watter treeatmmentt annd tthe fieeld of airr poolluutioon cconttroll .Andd itt exppectts thii

3、s ttreaatmeents ffutuure andd teendeencyy.Key WWordds: acttivaatedd caarboon adssorpptioon moniitorr ddeveeloppmennt1前言活性炭这种种神奇的的绿色环环保吸附附材料能能够更广广泛地应应用到垃垃圾焚烧烧、室内内空气净净化、高高速公路路隧道以以及大城城市交通通过密地地区的空空气治理理等新的的领域，应应当在有有效降低低其成本本的同时时，针对对特定的的场合和和目的有有针对性性地进行行改性，使使其能够够更好地地应用于于环境治治理.活性炭炭材料具具有独特特的孔隙隙结构和和表面活活性官能能团，化

4、化学性质质稳定，机机械强度度高，耐耐酸、耐耐碱、耐耐热，不不溶于水水和有机机溶剂，使使用失效效后可以以再生，广广泛地应应用于环环保、化化工、食食品加工工、湿法法冶金、药药物精制制、军事事化学防防护等各各个领域域2活性炭炭的结构构和性质质2.1 活活性炭的的孔隙结结构活性炭的孔孔隙结构构是指孔孔隙容积积、孔径径分布、表表面积和和孔的形形状。孔孔径从几几个nmm 的微微孔到肉肉眼可以以看到的的大孔,孔径分分布范围围很宽,孔的形形状又是是各式各各样的。活活性炭的的吸附能能力主要要决定于于活性炭炭的孔结结构,这就决决定了活活性炭具具有多种种多样的的吸附能能力和催催化能力力，而对对吸附起起决定作作用的则

5、则是微孔孔。在气气相吸附附中,无论吸吸附分子子大小,基本上上存在微微孔中,吸附容容量在很很大程度度上取决决于微孔孔的多少少。1 图1 活性性炭材料料的空隙隙结构模模型2.2 活活性炭的的表面化化学性质质表面化学性性质的不不同对活活性炭的的酸碱性性、润湿湿性、吸吸附选择择性、催催化特性性、电性性质等都都产生影影响。因因此,活性炭炭的表面面化学性性质的研研究受到到人们的的高度重重视。活活性炭的的主要元元素是碳碳,其次是是氧和氢氢。氧和和氢的存存在对活活性炭的的吸附性性能及其其它特性性有较大大影响,这些元元素多以以化学键键与碳原原子相结结合,在活性性炭表面面上形成成多种含含氧官能能团:酸性官官能团、

6、中中性官能能团和碱碱性官能能团,这也是是活性炭炭最主要要的活性性基团。13活性炭炭在环保保治理、监监测以及及卫生方方面的应应用3.1 作作为吸附附手段3.1.11 防毒面面具及滤滤毒通风风装置活性炭用于于防毒面面具始于于第一次次世界大大战,并且成成了推动动当时活活性炭工工业发展展的重要要因素。但但由于气气体和蒸蒸汽状化化学毒剂剂的种类类最多,分子结结构和特特性各异异,单一的的作用难难以达到到全面滤滤毒的目目的,目前世世界各国国均将活活性炭分分别浸渍渍铜、银银、锌等等金属氧氧化物以以及吡啶啶、皮考考啉等制制成专用用活性炭炭催化剂剂。美国国称作AASC 活性炭炭或急特特拉特活活性炭。3.1.22

7、活性炭炭材料在在烟气治治理中的的应用煤炭燃烧在在我国能能源构成成中占有有很大的的比例，而而煤燃烧烧过程中中排放出出的SOO2 和和NOx(NOO 和N2OO)是主主要的大大气污染染物，所所以烟气气污染是是我国亟亟需解决决的环境境问题.在纷繁繁复杂的的治理技技术中，活活性炭材材料脱硫硫脱硝因因其处理理效果好好、投资资运行费费用低、实实现“资源化化”、且易易于再生生利用等等优点而而引人注注目. 尤其是是改性后后的活性性炭材料料其脱硫硫脱硝性性能远远远好于普普通的活活性炭材材料.13.1.22.1 SOO2 是主要要的大气气污染物物,是造成成“酸雨”的主要要原因,活性炭炭吸附法法脱硫得得到了广广泛的

8、应应用。但但是,单一的的活性炭炭脱硫,速度慢慢,效率低低。提高高活性炭炭脱硫的的性能,改性活活性炭引引起重视视,它能克克服普通通活性炭炭的某些些缺点和和限制,被认为为是最有有前景的的脱硫剂剂之一。氨氨由于其其较小的的分子量量并有极极性,而较难难被吸附附,因此,为了取取得较好好的吸附附效果,国内外外学者研研制了数数种改性性活性炭炭 。结果果表明,以亚铁铁盐和铜铜盐配方方处理的的活性炭炭对其有有很好的的吸附性性能。3.1.22.2 汞是是易挥发发的剧毒毒物质,对人体体危害极极大,因此汞汞蒸汽污污染的防防治是环环保的重重要课题题。经化化学处理理的活性性炭可以以有效地地脱除空空气或其其他载气气中的汞汞

9、蒸汽。例例如,在活性性炭中添添加碘、银银或者双双硫腙等等的螯合合剂,对汞蒸蒸汽的吸吸附能力力就会变变得非常常大。3.1.22.3 活性性炭材料料在空气气净化中中的应用用人们正在开开发各种种高效空空气净化化器. 活性炭炭材料因因其优异异的吸附附性能被被广泛地地用作空空气净化化器中的的吸附剂剂3.1.33 活性炭炭在水处处理中主主要用于于：(1) 污污水源的的净化.用活性性炭吸附附水中有有机物、颜颜色、臭臭味、油油、苯酚酚等；(2) 有有机工业业废水处处理. 由于活活性炭对对水中的的有机物物具有突突出的去去除能力力，对一一些难以以被生物物降解的的有机物物更有独独特的去去除效果果而被用用于制革革废水

10、处处理、造造纸染料料化工废废水处理理、焦化化废水处处理及其其他有机机废水处处理中.Tommaszzewsska 等研究究了Maavmeee 河河中的有有机污染染物后指指出：常常规的处处理方法法不能有有效地去去除河水水中的一一些杀虫虫剂等物物质，而而活性炭炭则有较较好的去去除效果果，在河河水中投投入100 mgg/L 的活性性炭可以以将引起起臭味的的土臭素素(Geeosmmin)和2甲基异异茨酸(MIBB)从66mgg/L 降到2mmg/LL；(3) 无无机工业业废水处处理. 某些活活性炭对对于废水水中无机机重金属属离子具具有一定定的选择择吸附能能力. 如颗粒粒状活性性炭对于于Ag+, Pd22

11、+, CCd2+, CrrO422-等离子子的吸附附去除率率可达885%以以上. 对其他他金属离离子如锑锑、铋、锡锡、汞、钴钴、铅、镍镍、铁等等均具有有良好的的吸附能能力；(4) 饮饮用水及及微污染染水净化化领域. 臭氧氧-生物活活性炭工工艺以其其可以高高效去除除水中溶溶解性有有机物和和致癌突突变物、出出水安全全、优质质而备受受瞩目和和重视. 在这这种工艺艺中，活活性炭起起着生物物膜的载载体材料料的作用用，而且且活性炭炭可以很很快地把把臭氧分分解掉，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.对主要污染物都有良好的去除效果，出水清澈、无色，可以满足多种回收使

12、用要求. 分析表明，大部分还原性污染物通过生物深度处理而被去除，而微量有机物主要由臭氧生物活性炭去除. 此工艺系统具有除污染效率高、运行稳定、抗冲击能力强等优点.（5） 甲甲醛类物物质含有有羰基极极性基团团,可以通通过在活活性炭表表面添加加一些含含2NH22 的亲亲水性有有机化合合物,以期通通过化学学吸附和和物理吸吸附共同同作用来来改善非非极性的的活性炭炭对醛类类物质的的吸附性性能。23.2 作作为监测测手段举举例氡的测测定 氡主要要是镭、钍钍等元素素经衰变而而产生散散逸到人人们的活活动空间间。它主主要通过过土壤和和岩石的的空隙自由运动动,从地下下深处迁迁移到地地表。在在采用石石灰岩、磷磷酸盐

13、矿矿渣、磷磷石膏和和煤渣砖砖建造的的房屋中中,氡进入入建筑物物的速率率可以高高达1002 BBqm3 h1。所所以,在地铁铁、地下下室、隧隧道和矿矿井中氡氡的剂量量会维持持在一个个高水平平上,氡还溶溶于水,可从水水中释放放出来。测定氡的方方法主要要有4类,即闪烁烁室法、双双滤膜法法、电场场收集子子体法和和活性炭炭法。其其中由于于活性炭炭法使用用简便,得到越越来越广广泛的应应用。南京大学最最近研制制出将被被动式活活性炭采采样改为为主动式式活性炭炭采样盒盒。以高高纯锗谱仪测测量2222 RRn /2200Rn的的射线峰峰面积比比,经计算算和校正正后得到到2222 Rnn和2200 Rnn的浓度度。

14、采样样盒由空空气采样样泵、流流量计、活活性炭盒盒(内装椰椰壳颗粒粒状活性性炭)和时控控电路组组成。氡氡短寿命命子体2214 Po的的3522 keeV峰为为2222 Rnn特征峰峰,清晰可可辨,由此算算出2222 RRn浓度度。主动动式活性性炭采样样系统是是一种体体积小、耗耗时少、操操作方便便的大气气氡采样样装置,尤适用用于密闭闭空间(如隧道道、地下下室、地地铁)中氡的的采样。33.3 在在环境卫卫生中的的应用3.3.11 室内空空气净化化室内空气质质量是影影响人体体健康的的主要环环境因素素之一。室室内空气气污染物物的种类类和数量量不仅随随室外空气污染染状况的的变化而而变化, 而且且与建筑筑物

15、所处处的地理理位置、用用途及人人们的活活动等密密切相关关。据调查监测测, 室内内空气中中的污染染气体多多达数十十种, 可分为为无机污污染气体体和有机机污染气气体两类类。无机污染气气体主要要有：SO2 、CO、NOxx 、CO2等。有机污染气气体主要要有: 易挥发发性有机机化合物物,如甲醛醛、甲烷烷、乙烯烯、甲胺胺、丁烷烷、甲基基硫醇、乙乙醛、乙乙酸乙酯酯、乙酸酸丁酯、二二氯甲烷烷等; 挥发性性有机化化合物, 如正正己烷、乙乙醇、苯苯、甲苯苯、三氯氯乙烷、丁丁醇、二二甲苯、柠柠檬烯等等; 半挥挥发性有有机化合合物, 如尼古古丁、磷磷酸三丁丁酯、邻邻苯二甲甲酸二丁丁酯、邻邻苯二甲甲酸二辛辛酯等。业

16、业已证实实, 活性性炭纤维对上上述污染染气体的的吸附清清除能力力远大于于颗粒状状活性炭炭。以活活性炭纤纤维为滤滤材的空空气过滤滤器对二二氧化硫硫和氮氧氧化物的的最大去去除率分分别为990.14 % 和76.16 % , 使室内内空气质质量达到到规定的的卫生要要求。由由此可见见, 活性性炭纤维维作为净净化室内内空气的的功能性性材料具具有广泛泛的应用用前景。3.3.22 劳动防防护用活性炭纤纤维毡作作为夹层层的防毒毒、防化化口罩已已经面市市。活性性炭纤维维与超细细纤维结结合而成成的复合材料具有有高强度度的过滤滤性能和和疏水性性, 用作作口罩的的罩芯还还可起到到隔离细细菌的屏屏障作用用, 从而而使得

17、用用该复合合材料制制成的口口罩具有有防毒、防防化、防防尘和防防菌的综综合效能能。负载载铂、钯钯等金属属离子的的活性炭炭纤维能能选择性性地除去去一氧化化碳, 可用于于制作防防灾用口口罩。83.3.33 个人生生理卫生生人体气味包包括腋臭臭、汗臭臭及排泄泄物的气气味等, 恶臭臭的组分分主要是是胺类化化合物、硫硫醇类化化合物和低级脂肪肪酸等。大大量的试试验研究究已经证证明, 活性炭炭纤维对对恶臭气气体的吸吸附能力力明显大大于颗粒粒状活性性炭, 具有优优良的除除臭效果果。同时时, 活性性炭纤维维还具有有透气、吸吸汗、耐耐洗涤等等优良性性能, 因而, 活性性炭纤维维可作为为吸收人人体气味味的衬垫垫材料,

18、 置于于服装的的相应部部位, 达到除除臭的目目的。此此外, 活性性炭纤维维材料还还可用作作老年患患者的坐坐垫或寝寝垫等。利利用活性性炭纤维维的除臭臭性能, 可将将其与纸纸浆混合合生产出出具有独独特功能能的活性性炭纤维维纸, 继而广广泛地用用于纸质质生理卫卫生用品品。44化妆品中含含有大量量的乙醇醇(700% ) ,其其同系物物甲醇也也时常被被检出,我国化化妆品卫卫生标准准规定甲甲醇为限限用物质质.有研究究应用活活性炭纤纤维型固固相微萃萃取器定定量分析析化妆品品中的甲甲醇，利利用ACCF2SPMME法对对化妆品品中的甲甲醇进行行了分析析. 结果果表明它有很很大的吸吸附容量量和较高高的灵敏敏度55

19、随着我国社社会经济济的发展展, 人们们对生活活质量的的要求越越来越高高, 对环环境卫生生质量及及其重要要性的认认识也将将更加深深入, 活性炭炭纤维在在环境卫卫生领域域的应用用必将更更为广泛泛。4.活性炭炭材料的的新进展展传统的炭材材料为粉粉状或颗颗粒状活活性炭，随随着研究究的深入入，出现现了许多多新型炭炭材料，有有的已经经在环境境工程中中得到了了应用。甚至在作为环境相容材料，在仿生材料、绿色包装、生态建材等方面也极具前景。4.1 活活性炭纤纤维（AACF）ACF是继继粉状活活性炭、粒粒状活性性炭之后后的第三三代活性性炭材料料，已实实现了工工业化生生产和应应用。AACF具具有比表表面积大大，吸附

20、附、脱附附速度非非常快，重重量轻，生生成碳粉粉尘少的的优点，还还可以加加工成各各种不同同的形状状，可与与其他性性能的材材料形成成复合材材料，容容易再生生再利用用。ACCF活化化生成的的孔隙中中90以上是是微孔，为为ACFF提供了了巨大的的比表面面积。AACF具具有脱除除氮氧化化物的能能力，因因此应用用ACFF可以实实现脱硫硫脱硝。AACF还还广泛应应用于饮饮用水净净化、劳劳动防护护、环境境监测、溶溶液回收收等方面面。774.2 中中间相微微球活性性炭这种产品比比表面积积高达550000m2/g，可可用于存存储甲烷烷、天然然气，或或用于分分离COO2和其他他大气成成分。4.3 膨膨胀石墨墨膨胀石

21、墨具具有高化化学稳定定性、耐耐高温低低温、耐耐腐蚀、导导电、导导热、安安全无毒毒，还有有高比表表面积、高高表面活活性，具具有良好好的吸附附性能。它它对低浓浓度的NNOx、SOOx以及甲甲烷等有有机蒸汽汽有明显显的吸附附效果，并并且再生生处理非非常简单单，经济济性好。膨膨胀石墨墨能选择择性的除除去水中中的非水水性溶液液，能被被用于海海上吸附附浮油。4.4 纳纳米碳管管纳米碳管具具有独特特的性质质，可以以再不同同的领域域得到应应用。如如用做电电子枪、电电子开关关、超级级纤维、高高温部件件的防护护材料等等。纳米米碳管的的应用热热点是高高能量密密度物质质的储存存。推测测单壁管管的储氢氢量可达达10（质

22、量量比），关关于其储储存H22、CHH4等实验验和理论论研究都都在进行行。此项项技术如如果能够够突破，则则可用于于汽车的的燃料电电池，能能极大的的缓解化化石能源源的匮乏乏和减轻轻汽车排排气污染染。66参考文献：1 张张春山 邵曼君君, 活性炭炭材料改改性及其其在环境境治理中中的应用用 ,过程程工程学学报 20005年第第5卷第2期2 江江霞 蒋文举举 金燕 张振鹏鹏,改性活活性炭在在环境保保护中的的应用, 环境科科学与技技术 第26卷第第5 期 20003年9月3 陆陆继根 夏元复复，活性性炭法测测定地下下建筑中中的氡,环境监监测管理理与技术术，第117卷第第2期 20005年年4月4 马马海

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