【正文】 的吸附性能。另外，活性炭分子之間擁有相互吸引的作用力，當一個分子被活性炭內(nèi)孔捕捉進入到活性炭內(nèi)孔隙中后，由于分子之間相互吸引的原因，會導(dǎo)致更多的分子不斷被吸引，直到添滿活性炭內(nèi)孔隙為止。2 影響活性炭吸附性能的主要因素① 活性炭本身的孔徑分布不同原料和方法制造的活性炭, 其孔徑分布情況不同。一般將活性炭的孔徑分為三類①微孔（孔徑小于30A）, ②中孔(孔徑30～1000A),③大孔(孔徑大于1000A)。微孔豐富， 比表面積就大，但由于水中有機物分子較大，難以進入， 所以其在水處理中并沒有用。一般用椰殼制取的活性炭比表面積大, 但大孔少, 適用于吸附低分子的有機物, 而煤質(zhì)活性炭具有較多的過渡孔和較大的平均孔徑，能較有效去除水中分子量較大的有機物。其中, 褐煤質(zhì)活性炭更適宜用于凈水。活性炭表面的化學性質(zhì)也影響活性炭的吸附性能。活性炭表面遍布著各種各樣的表面氧化物復(fù)合體,其成分主要受活化過程影響。這些基團如梭基、酚梭基、撥基等使活性炭又帶極性, 因而能吸附極性較強的物質(zhì)如苯酚、鹵代烴等。② 吸附質(zhì)的性質(zhì)對活性炭吸附的影響。吸附質(zhì)分子的空間排列和化學結(jié)構(gòu)會影響活性炭的吸附，一般活性炭對溶解性有機物吸附的最佳范圍為分子量大小在1A～1000A之間, 超出活性炭孔徑的有機物不能被吸附。如果有機物分子直徑近似于活性炭孔徑, 則可能堵塞孔道, 形成不可逆吸附。因此, 活性炭難以去除水中的大分子有機物如腐殖酸。經(jīng)吸附試驗證實【2】,芳香族化合物比脂肪族化合物易被活性炭吸附對同族化合物, 在適當?shù)姆肿恿績?nèi), 分子量越大吸附性能越好，支鏈化合物比直鏈化合物易被吸附，極性高的低分子化合物難被吸附。由于活性炭是一種疏水性物質(zhì), 因此水中溶解度愈小的物質(zhì)越易被吸附。③ PH值和溫度的影響PH值降低, 有機酸電離較小, 所以可以提高有機物的去除率水溫愈低, 吸附效能愈好, 但在液相吸附中, 吸附質(zhì)在活性炭細孔內(nèi)的擴散決定其吸附速度, 從這一角度考慮, 提高溫度可加大擴散速度。④ 竟爭吸附的影響溶液中存在多種混合溶質(zhì)時, 被吸附的各種溶質(zhì)有的能相互誘發(fā)吸附, 有的能相對獨立地被吸附, 有的則相互干擾, 產(chǎn)生竟爭吸附。3 活性炭的應(yīng)用領(lǐng)域 水的處理方面的應(yīng)用① 飲用水的凈化在自來水廠，為除去水中細菌等，需在水中加入有效氯，但氯與水中有機物反應(yīng)可能生成氯化物和因氯氣而發(fā)生異味，所以在家庭自來水管出口處人們常使用活性碳凈水器，而現(xiàn)在這種凈水器已逐步被活性炭凈水器取代。用活性炭取代不僅具有不易產(chǎn)生黑色粉末、壓力損失小、水流速度快等特點，還可以用銀離子進行處理或者利用它的導(dǎo)電性制成殺菌性活性炭。② 工業(yè)廢水的處理隨著工業(yè)化生產(chǎn)的發(fā)展和城市人口的增加，水污染越來越嚴重，其中的有毒物和有害物己對生態(tài)環(huán)境造成威脅，活性炭對水溶液中的有機染料、磷化物、苯酚、碘以及無機污染物等具有較強的吸附能力。 空氣凈化方面的應(yīng)用空氣中主要污染源是二氧化硫和氮的氧化物及硫化氫和有機揮發(fā)物組分等， 空氣中的臭氧對人體的危害性極大， 106gmL1。但在實際空氣中的濃度為80100gmL1 時，長期接觸易于引發(fā)肺炎，使肺的彈性功能組織變?yōu)闊o彈性而失去作用的病變組織。含氮瀝青活性炭在100℃的高溫下進行熱處理后，二氧化硫的穩(wěn)定態(tài)含量只有10%， 硫酸從活性炭表面的脫除也十分容易；用PAN基活性炭可有效地捕捉空氣中的硫化氫，在吸附表面上以三氧化硫或硫酸的形式吸附。各種廢水發(fā)出的臭氣可用活性炭去除?；钚蕴烤哂蟹纸獬粞醯哪芰Γ捎糜谵k公設(shè)備的臭氧脫除，在復(fù)印機中配置著吸臭氧的吸附分解部件，利用活性炭的低密度和對臭氧吸附分解；活性炭并對3，4苯并芘有特殊的吸附能力，對煙堿的吸附率高可用于室內(nèi)的空氣凈化，如用于空氣凈化器等；在工業(yè)中可開發(fā)用于有害有毒氣體的吸附，活性炭可用于活性炭氈替代防毒面具和防毒消防頭盔，可提高過濾效率，使其體積小和輕量化。 溶劑回收活性炭吸脫附速度快、吸附容量大、脫附溫度低、所含金屬離子少，可有效地將工業(yè)加工產(chǎn)的低沸點化合物、脂肪族化合物、及某些危害人體健康的有機溶劑、毒劑、腐蝕性溶劑等脫除并回收，既減少了環(huán)境污染和對人身的危害，又可使溶劑得到回收再利用。 貴金屬回收活性炭對無機廢水中的金屬離子也有較好的吸附效果， 可吸附金、銀、鉑、汞、鎘等許多重金屬離子，并將其還原回收處理。氧化還原功能，是活性炭的基本特征之一。曾漢民等【3】利用活性炭的氧化還原功能，認為其對Au3+、Ag+、Pd4+等貴金屬離子有較好的氧還吸附性能，它能吸附大量高電位的離子，并將其還原為單質(zhì)金屬或低氧化態(tài)離子，而且所得金屬呈納米狀態(tài)負載于活性炭上，從而將貴金屬回收、分離和再利用。 醫(yī)學領(lǐng)域活性炭的無毒性使其在醫(yī)學領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。由于活性炭具有化學穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性及輻射穩(wěn)定性，因而使用各種消毒方法進行消毒時，其不會發(fā)生任何變化?；钚蕴繉θ梭w中外源性毒素的吸附十分有效，在血液過濾、內(nèi)服解毒及外傷包扎與治療方面都有重要用途。 電子工業(yè)領(lǐng)域利用活性炭的比表面積大、孔徑適中和導(dǎo)電特點，可用于制造電池產(chǎn)品的部件；可用于生產(chǎn)高效小型電容器，特別是雙層電容器，容量是普通鋁電解電容器的100萬倍；可用于IC、LSI 及超LSI 的小型存貯永久性電源， 避免因停電等事故而給計算機帶來的不可估量的損失；還可開發(fā)用于大電流放電的雙層電子電容器；在電子和能源方面可用于制造高性能的電容、電池的電極等。 催化劑或催化劑載體材料活性炭出色的耐熱性， 耐酸堿性使之可以作為催化劑的有效成分活性炭可直接用作催化劑?；钚蕴窟€可用來制備載體催化劑?；钚蕴烤哂辛己玫膶?dǎo)熱性能，摻入催化劑中，能有效地提高催化劑的傳熱能力，對于放熱劇烈的反應(yīng)尤為有利。用活性炭制作的負載型催化劑，可用于化工反應(yīng)體系、冶金、選礦的廢氣治理及汽車尾氣治理等。4 活性炭的原料來源活性炭的制備原料十分廣泛，主要分為木質(zhì)類和煤質(zhì)類原料。木質(zhì)類原料主要有果殼、農(nóng)作物秸稈及紙漿廢液等；煤質(zhì)類原料主要有褐煤、無煙煤、焦炭煤及石油、石油瀝青焦等。其中煤和椰子殼已經(jīng)成為目前制造活性炭最常用的原料。特別是近十幾年來，由于環(huán)境、資源、價格等問題，國內(nèi)外一直在大力研究開發(fā)以煤炭為原料制備不同用途活性炭。近年活性炭原料有兩種發(fā)展趨勢：一是制造應(yīng)用量大而廣，性能一般但價格低廉的制品；二是制造性能優(yōu)良具有特殊用途的高性能活性炭，多使用特制高價原料。所有制造活性炭的原料均為含碳物質(zhì)，可分為以下幾大類。 植物類原料早期制備活性炭的原料主要是木質(zhì)原料，近年來制備活性炭謀求廉價原料的探索受到重視，使原料范圍增廣，除傳統(tǒng)的優(yōu)質(zhì)木材、鋸木屑、木炭、椰殼炭、棕櫚核炭，另外還有農(nóng)林副產(chǎn)物和某些食品工業(yè)廢棄物包括廢木材、竹子、樹皮、風倒木、核桃殼、果核、棉殼、咖啡豆梗、油棕殼、甘蔗渣、糠醛渣等。其中椰子殼和核桃殼最優(yōu)，通常果殼經(jīng)初步炭化，再用水蒸氣活化，所得到的活性炭具有較高的強度和極精細的微孔，這種活性炭主要用于防毒保護上。炭化的樹皮以氣體活化可得到廉價的活性炭，這種活性炭可用來作為造紙廢水的脫色劑。用椰樹皮纖維為原料，通過化學法可以得到一種活性炭，能有效除去工業(yè)廢水中的有毒廢金屬【4】。甘蔗渣作為制糖廠的廢棄物，回收利用可用來制造價格低廉具有特定性能的活性炭，用于污水處理和顏料吸附【】。 礦物類原料(1)煤炭類目前用于制備活性炭的煤種主要是某些煙煤、優(yōu)質(zhì)無煙煤、褐煤等。無煙煤內(nèi)部含有分子大小的孔隙，是制備微孔炭的合適原料，且其產(chǎn)品還具備分子篩特性，利用難轉(zhuǎn)化無煙煤資源獲得高回收率的活性炭日益受到重視。我國有豐富的煤炭資源，成為煤質(zhì)活性炭的生產(chǎn)大國，常用的是無煙煤和不黏煤、弱黏煤，生產(chǎn)的活性炭品質(zhì)不高，品種單一，因此以煤為主要原料用常規(guī)生產(chǎn)方法得到高比表面積、高吸附量的活性炭成為具有很大意義的課題。另外，在煤炭開采和浮選過程中，常伴隨大量低品質(zhì)成分，如劣質(zhì)煤、煤矸石等。利用這些廢棄物中的寶貴碳資源制成活性炭將有可能進一步降低成本，獲得在環(huán)保和化工生產(chǎn)中大量需求的高效吸附劑和催化劑，如利用碳和硅、鋁成分共存的特點制備硅膠復(fù)合吸附劑。Dengn報道了從煤矸石出發(fā)，用堿熔活化結(jié)合強酸處理制備了一種復(fù)合吸附劑，它以硅膠為骨架，活性炭均勻分散在硅膠骨架中。此外煤泥炭、煤瀝青，也是制備活性炭的原料，最近關(guān)于這方面的研究也很多。(2)石油類石油原料是指石油煉制過程中含碳產(chǎn)品及廢料，如石油瀝青、石油焦、石油油渣等。特別值得關(guān)注的是石油焦作為石油加工副產(chǎn)物量大價低，且含碳量高達80％以上，揮發(fā)分一般在10％左右，雜質(zhì)含量低，能制得高收率、低雜質(zhì)、高比表面積的活性炭。目前美國、13本擁有利用石油焦制備比表面超過3000m2／g的超級活性炭的專利技術(shù)，并實現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化。國內(nèi)學者也作了類似的研究，吳明鉑人【7】，用大慶石油焦為原料以NaOH為活化劑制高性能活性炭；宋燕等人【8】利用盤錦石油焦以K2O為活化劑，制備比表面積為3730m2／g的高比表積活性炭。但此類活性炭生產(chǎn)成本昂貴，僅限于藥、電子、氣體吸附儲存等領(lǐng)域。今后要開發(fā)適宜工業(yè)化應(yīng)用的石油焦生產(chǎn)的新技術(shù)，進一步提高石焦的附加值，拓寬活性炭的原料來源。另外催化油漿的有效利用是煉油行業(yè)的難題目前多采用回煉的辦法，利用率低且耗能高。油中含有大量芳烴，芳構(gòu)化程度較高，如果利用它制備活性炭也不失為一種好辦法。 塑料類原料聚氯乙烯、聚丙烯、呋喃樹脂、酚醛樹脂、聚碳酸脂、聚四氯乙烯等，這些原料可用來制活性炭。2O世紀8O年代，有人研究了以有機樹脂(樹脂前驅(qū)體如苯乙烯一二乙烯苯共聚物，聚偏二氯乙烯，聚丙烯脂等)為原料合成活性炭【9】，這種活性炭純度高，機械強度優(yōu)于普通煤質(zhì)活性炭，并具有孔徑分布可控的優(yōu)點，廣泛用于生物醫(yī)學領(lǐng)域；粒狀酚醛樹脂是制造高性能活性炭的好原料，用它生產(chǎn)的活性炭具有獨特的微細孔，經(jīng)表面處理，可用于電池電極材料、凈水器、氮氣發(fā)生裝置用炭分子篩等方面【10】。 其他含碳廢棄物(1)廢輪胎隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，【11】，造成嚴重的環(huán)境污染問題。人們曾經(jīng)采取一些措施減少廢輪胎的數(shù)量，但從經(jīng)濟和環(huán)保的角度出發(fā)，最好的辦法是將這些廢輪胎回收利用轉(zhuǎn)化成有用產(chǎn)品。將廢輪胎經(jīng)過炭化、活化處理，生產(chǎn)活性炭作為吸附劑使用已有該方面的報道，P．Ariyadejwanich等人【12】將廢輪胎橡膠炭化在HCI中浸泡后用水蒸氣進行活化，／g，比表面積為1119m2／g。但是用廢輪胎生產(chǎn)活性炭也存在著一系列問題，輪胎進行炭化處理時，橡膠成分氣化而炭黑幾乎全保留在炭化產(chǎn)物中。炭黑是活化時生成孔隙的主要碳質(zhì)部分，而炭黑結(jié)晶化程度比較高，難被水蒸氣活化。所以為了使其孔隙發(fā)達，就須提高活化的溫度或者延長活化的時間。當活化條件太苛刻時，會增加所制的活性炭的灰分；另一個問題是廢輪胎活性炭中含有重金屬鋅，不能用于水處理及土壤處理中，僅限于處理氣體使用。(2)除塵灰除塵灰是鋼鐵企業(yè)在生產(chǎn)過程中排放的大量粉塵和副產(chǎn)品，量大且粒度極細，主要成分是鐵和碳，還有少量的鈣、鎂、硅、鋁的氧化物。目前，我國對除塵灰的利用主要是將其?；笞鳛闊掍撛线M行回爐，或作為水泥等的加入料、填料、氧化鐵紅等一些技術(shù)含量較低的材料。國外對除塵灰的回收利用非常重視，回收其中的碳作為橡膠補強填料、墨水、油漆和炭黑，或制成活性炭用于水處理、空氣凈化【13】。國內(nèi)學者對此也有研究，趙乃勤等人【】用天津還原鐵廠含碳量為62．68％的除塵灰分離炭粉，用不同的活化方法制得比表面積為1191m2／g(化學物理法)和2322m2／g(化學活化法)的粉狀活性炭，研究表明對CClCH6蒸氣、廢水中Gr(vI)離子有良好的吸附性能。以除塵灰分離炭粉為原料制備活性炭，一個主要問題是降低灰分。由于原料中存在無機雜質(zhì)(如SiOA120Fe20CaCO3等)，采用物理活化的方法，只有碳元素與水蒸氣反應(yīng)，活化后這些雜質(zhì)仍存在于制得的活性炭中，灰分的存在直接影響活性炭的品質(zhì)和吸附性能，實驗證明采用酸堿改性處理可以降低灰分。(3)剩余污泥在利用生物處理過程中產(chǎn)生的剩余污泥，制造活性炭方面也進行過不少研究。所研究過的泥種有處理食品工業(yè)中排水的剩余污泥，紙漿工廠排水的凝聚沉淀污泥，處理綜合廢水過程中產(chǎn)生的污泥。所制得的活性炭由于灰分含量大，吸附能力只有市售活性炭的1／6左右，為提高吸附性能，將導(dǎo)致成本的增加和活性炭得率的降低幢【16】。5 活性炭的制備方法 物理活化法物理活化法是將原料先炭化，再利用氣體進行炭的氧化反應(yīng)，形成眾多微孔結(jié)構(gòu)，故又稱氣體活化法。常用氣體有水蒸氣和二氧化碳，由于CO2分子的尺寸比H2O大，導(dǎo)致CO2在顆粒中的擴散速度比水蒸氣慢，所以工業(yè)上多采用水蒸氣活化法。其工藝特點是：活化溫度高、時間長，能耗高，但該方法反應(yīng)條件溫和，對設(shè)備材質(zhì)要求不高，對環(huán)境無污染。物理活化反應(yīng)實質(zhì)是活化氣體與含碳材料內(nèi)部“活性點”上碳原子反應(yīng)，通過開孔、擴孔和創(chuàng)造新孔而形成豐富的微孔【】。(1)開孔作用活化氣體與堵塞在閉孔中的游離無序碳及雜原反應(yīng)使閉孔打開，增大比表面積，提高活性。(2)擴孔作用由于炭表面雜質(zhì)被清理后微晶結(jié)構(gòu)裸露，活化氣體與于活性條件下的碳原子發(fā)生反應(yīng)，使孔壁氧化，孔隙加長、擴大。(3)生成新孔活化氣體與微晶結(jié)構(gòu)中的邊角或有缺陷的部分具有活性的碳原子發(fā)生反應(yīng)，形成眾多新的微孔，使活性炭表面積進一步擴大。 化學活化法化學活化法是將原料與化學試劑(活化劑)按一定比例混合浸漬一段時間后，在惰性氣體保護下將炭化和活化同時進行的一種制備方式，實質(zhì)是化學試劑鑲嵌入炭顆粒內(nèi)部結(jié)構(gòu)中作用而開創(chuàng)出豐富的微孔。常用的活化劑有堿金屬、堿土金屬的氫氧化物和一些酸，目前應(yīng)用較多較成熟的化學活化劑有KOH，ZnC12，H3PO4等。 典型的化學活化法中的活化劑活化劑活化溫度/℃可能活化作用活化特點ZnC12600～700脫水作用，促進熱解收率高，微孔，中孔發(fā)達H3PO4400～600脫水作用，催化熱解較ZnC12，孔徑小，中孔發(fā)達KOH800～900浸蝕作用，強反應(yīng)性比表面積達，微孔大，反應(yīng)快，以KOH制得的超級活性炭性能最為優(yōu)異【19】。與物理活化法相比，化學活化法的工藝特點是：操作大大簡化，活化溫度降低，時間縮短，能耗降