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活性炭

活性炭是一种非常优良的吸附剂，它是利用木炭、竹炭、各种果壳和优质煤等作为原料，通过物理和化学方法对原料进行破碎、过筛、催化剂活化、漂洗、烘干和筛选等一系列工序加工制造而成。活性炭具有物理吸附和化学吸附的双重特性，可以有选择地吸附气相、液相中的各种物质，以达到脱色精制、消毒除臭和去污提纯等目的。

吸附性质是活性炭的首要性质。活性炭具有像石墨晶粒却无规则地排列的微晶，在活化过程中微晶间产生了形状不同、大小不一的孔隙。按IUPAC方法分：微孔小于1.0nm、中孔 1~25nm、大孔大于25nm。活性炭微孔的孔隙容积一般只有0. 25~0. 9Ml/g，孔隙数量约为 1020 个/g, 全部微孔比表面积约为500~1500㎡/g , 也有称高达3500 ~5000㎡/g的。这些孔隙特别是微孔提供了巨大的表面积。

活性炭几乎95% 以上的表面积都在微孔中，因此微孔是决定活性炭吸附性能高低的重要因素。中孔的孔隙容积一般约为0. 02~1.0mL/g, 比表面积较高可达几百平米，能为吸附物提供进入微孔的通道，又能直接吸附非常大的分子。大孔的孔隙容积一般约为0. 2 -0.5mL/ g , 比表面积约0.5 ~2㎡/g, 其作用一是使吸附质分子快速深入活性炭内部较小的孔隙中去；二是作为催化剂载体，作为催化剂载体时，催化剂只有少量沉淀在微孔内，大都沉淀在大孔和中孔之中。

（二）影响活性炭吸附的主要因素

由于活性炭水处理所涉及的吸附过程和作用原理较为复杂，因此影响因素也较多，主要有活性炭的性质、水中污染物的性质、活性炭处理的过程原理以及选择的运转参数与操作条件等有关。

1. 活性炭的性质

用于水处理的活性炭应有三项要求：吸附容量大、吸附速度快、机械强度好。活性炭的吸附容量除其他外界条件外，主要与活性炭比表面积有关，比表面积大，微孔数量多，可吸附在细孔壁上的吸附质就多。吸附速度主要与粒度及细孔分布有关，水处理用的活性炭，要求过渡孔（半径2. 0~100nm )较为发达，有利于吸附质向微细孔中扩散。活性炭的粒度越小吸附速度越快，但水头损失要加大，一般在8~30目范围较宜。活性炭的机械耐磨强度，直接影响活性炭的使用寿命。

2.吸附质（溶质或污染物）性质

同一种活性炭对于不同污染物的吸附能力有很大差别。

(1)溶解度

对同一族物质的溶解度随链的加长而降低，而吸附容量随同系物的系列上升或分子量的加大而增加。溶解度越小，越易吸附，如活性炭从水中吸附农业生产体系酸的次序是按甲酸→乙酸→丙酸→丁酸而增加。

(2)分子大小与化学结构

吸附质分子的大小和化学结构对吸附也有非常大的影响。因为吸附速度受内扩散速度的影 响，吸附质（溶质）分子的大小与活性炭孔径大小成一定比例，较利于吸附。在同系物中，分子大的较分子小的易吸附。不饱和键的农业生产体系物较饱和的易吸附。芳香族的农业生产体系物较脂肪族 的农业生产体系物易于吸附。

(3)较性

活性炭基本可以看成是一种非较性的吸附剂，对水中非较性物质的吸附能力大于较性物质。

(4)吸附质浓度

吸附质的浓度在一定范围时，随着浓度增高，吸附容量加大。因此吸附质（溶质）的浓度变化，活性炭对该种吸附质（溶质）的吸附容量也变化。

3. 溶液pH

溶液pH值对吸附的影响，要与活性炭和吸附质（溶质）的影响综合考虑。溶液pH值控制了酸性或碱性化合物的离解度，当pH值达到某个范围时，这些化合物就要离解，影响对这些化合物的吸附。溶液的pH值还会影响吸附质（溶质）的溶解度，以及影响胶体物质吸附质（溶质）的带电情况。由于活性炭能吸附水中氢、氧离子，因此影响对其他离子的吸附。活性炭从水中吸附农业生产体系污染物质的效果，一般随溶液pH值的增加而降低，pH值高于9. 0时，不易吸附，pH值越低时效果越好。在实际应用中，应通过试验确定较佳pH值范围。

4.溶液温度

因为液相吸附时，吸附热较小，所以溶液温度的影响较小。吸附是放热反应。吸附热越大，温度对吸附的影响越大。另一方面，温度对物质的溶解度有影响，因此对吸附也有影响。用活性炭处理污水时，温度对吸附的影响不显著。

5. 多组分吸附质共存

应用吸附法处理水时，通常水中不是单一的污染物质，而是多组分污染物的混合物。在吸附时，它们之间可以共吸附，互相促进或互相干扰。一般情况下，多组分吸附时分别的吸 附容量比单组分吸附时低。

6. 吸附操作条件

因为活性炭液相吸附时，外扩散（液膜扩散）速度对吸附有影响，所以吸附装管的型式、

接触时间（通水速度）等对吸附效果都有影响。

（三） 生物活性炭工艺在废水处理中的应用