【瀚高中聯(lián)】水處理中的活性炭是什么？

活性炭是一種常用的吸附劑、催化劑或催化劑載體，在水處理過程中當(dāng)有著廣泛的應(yīng)用，那么如何選擇活性炭？我們來一起分析一下！

什么是活性炭

活性炭是一種含碳材料制成的外觀呈黑色，內(nèi)部孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)達(dá)，比表面積大、吸附能力強的一類微晶質(zhì)碳素材料，是一種常用的吸附劑、催化劑或催化劑載體?；钚蕴堪丛蟻碓纯煞譃椋耗举|(zhì)活性炭、果殼活性炭、獸骨/血活性炭、礦物原料活性炭、合成樹脂活性炭、橡膠/塑料活性炭、再生活性炭等；活性炭按外觀形態(tài)可分為：粉狀、顆粒狀、不規(guī)則顆粒狀、圓柱形、球形和纖維狀等?；钚蕴康膽?yīng)用極其廣泛，其用途幾乎涉及所有的國民經(jīng)濟部門和人們?nèi)粘Ｉ睿缢|(zhì)凈化、黃金提取、糖液脫色、藥品針劑提煉、血液凈化、空氣凈化、人體安全防護等。

活性炭的原理

1.過濾原理

活性炭過濾器是將水中懸浮狀態(tài)的污染物進行截留的過程，被截留的懸浮物充塞于活性炭間的空隙。濾層孔隙尺度以及孔隙率的大小，隨活性炭料粒度的加大而增大。即活性炭粒度越粗，可容納懸浮物的空間越大。其表現(xiàn)為過濾能力增強，納污能力增加，截污量增大。同時，活性炭濾層孔隙越大，水中懸浮物越能被更深地輸送至下一層活性炭濾層，在有足夠保護厚度的條件下，懸浮物可以更多地被截留，使中下層濾層更好地發(fā)揮截留作用，機組截污量增加。

從嚴(yán)格的理論上講，活性炭所具有的對懸浮物的截留能力來自活性炭所提供的表面積。流速低時，機組的過濾能力主要地來自活性炭的篩除作用，而流速快時，過濾能力來自活性炭顆粒表面的吸附作用，在過濾過程中活性炭所提供的顆粒表面積越大，對水中懸浮物的附著力越強。

2.吸附原理

根據(jù)吸附過程中活性炭分子和污染物分子之間作用力的不同，可將吸附分為兩大類：物理吸附和化學(xué)吸附（又稱活性吸附）。在吸附過程中，當(dāng)活性炭分子和污染物分子之間的作用力是范德華力（或靜電引力）時稱為物理吸附；當(dāng)活性炭分子和污染物分 子之間的作用力是化學(xué)鍵時稱為化學(xué)吸附。物理吸附的吸附強度主要與活性炭的物理性質(zhì)有關(guān)，與活性炭的化學(xué)性質(zhì)基本無關(guān)。由于范德華力較弱，對污染物分子的結(jié)構(gòu)影響不大，這種力與分子間內(nèi)聚力一樣，故可把物理吸附類比為凝聚現(xiàn)象。物理吸附時污染物的化學(xué)性質(zhì)仍然保持不變。

由于化學(xué)鍵強，對污染物分子的結(jié)構(gòu)影響較大，故可把化學(xué)吸附看做化學(xué)反應(yīng)，是污染物與活性炭間化學(xué)作用的結(jié)果。化學(xué)吸附一般包含電子對共享或電子轉(zhuǎn)移，而不是簡單的微擾或弱極化作用，是不可逆的化學(xué)反應(yīng)過程。物理吸附和化學(xué)吸附的根本區(qū)別在于產(chǎn)生吸附鍵的作用力。

吸附過程是污染物分子被吸附到固體表面的過程，分子的自由能會降低，因此，吸附過程是放熱過程，所放出的熱稱為該污染物在此固體表面上的吸附熱。由于物理吸附和化學(xué)吸附的作用力不同，它們在吸附熱、吸附速率、吸附活化能、吸附溫度、選擇性、吸附層數(shù)和吸附光譜等方面表現(xiàn)出一定的差異。活性炭吸附技術(shù)在國內(nèi)用于醫(yī)藥、化工和食品等工業(yè)的精制和脫色已有多年歷史。20世紀(jì)70年代開始用于工業(yè)廢水處理。生產(chǎn)實踐表明，活性炭對水中微量有機污染物具有的吸附性，它對紡織印染、染料化工、食品加工和有機化工等工業(yè)廢水都有良好的吸附效果。一般情況下，對廢水中以BOD、COD等綜合指標(biāo)表示的有機物，如合成染料、表面性劑、酚類、苯類、有機氯、農(nóng)藥和石油化工產(chǎn)品等，都有獨特的去除能力。所以，活性炭吸附法已逐步成為工業(yè)廢水二級或三級處理的主要方法之一。

吸附是一種物質(zhì)附著在另一種物質(zhì)表面上的緩慢作用過程。吸附是一種界面現(xiàn)象，其與表面張力、表面能的變化有關(guān)。引起吸附的推動能力有兩種，一種是溶劑水對疏水物質(zhì)的排斥力，另一種是固體對溶質(zhì)的親和吸引力。廢水處理中的吸附，多數(shù)是這兩種力綜合作用的結(jié)果?；钚蕴康谋缺砻娣e和孔隙結(jié)構(gòu)直接影響其吸附能力，在選擇活性炭時，應(yīng)根據(jù)廢水的水質(zhì)通過試驗確定。對印染廢水宜選擇過渡孔發(fā)達(dá)的炭種。此外，灰分也有影響，灰分愈小，吸附性能愈好；吸附質(zhì)分子的大小與炭孔隙直徑愈接近，愈容易被吸附；吸附質(zhì)濃度對活性炭吸附量也有影響。在一定濃度范圍內(nèi)，吸附量是隨吸附質(zhì)濃度的增大而增加的。另外，水溫和pH值也有影響。吸附量隨水溫的升高而減少。

水處理活性炭的選型

好的活性炭必須具有吸附容量大、使用壽命長、機械強度高、灰份低、易沖洗、出水水質(zhì)好等特點，它不但能除去異臭、異味、提高色度，而且對水中的各種有毒有害物質(zhì)如：氯、酚、汞、鉛、砷、氯化物、洗滌劑、農(nóng)藥、化肥等污染物具有很高的去除率。

具體主要技術(shù)指標(biāo)如下：

1、粒度（10—24目2.0—0.8mm ）：≥95%說明：通常來說，顆粒越小的活性炭，比表面積越大，也就是吸附效果越好，但是顆粒越小，損耗也會越大，粉塵也會越多。

2、碘吸附值：≥1000mg/g說明：一般來說碘吸附值越高，活性炭的吸附能力越強。

3、比表面積：1000---1200m2/g說明：若取1克活性炭，將里面所有的孔壁都展開成一個平面，這個面積將達(dá)到1000平方米（既比表面積為1000g/m2）！影響活性炭吸附性的主要因素就取決于內(nèi)部孔隙結(jié)構(gòu)的發(fā)達(dá)程度。（既比表面積越大，活性炭的吸附效果越好）。

4、亞甲蘭脫色力：≥10mL/g說明：除色能力。

5、耐磨強度：≥95%說明：即耐磨損或抗磨擦的性能；強度越高，活性炭性能越好。

6、干燥減量：≤10%說明：干燥減量及指水分，此值越低，活性炭質(zhì)量越好。

7、灼燒殘渣：≤3%說明：灼燒殘渣及指灰分，此值越低，活性炭質(zhì)量越好。

8、充填比重：0.48---0.55g/mL說明：充填比重及指密度，一般密度越小，活性炭的吸附力越好。

9、PH值：6—8