【正文】 不同原料和方法制造的活性炭, 其孔徑分布情況不同。② 吸附質(zhì)的性質(zhì)對(duì)活性炭吸附的影響。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(lái)水廠，為除去水中細(xì)菌等，需在水中加入有效氯，但氯與水中有機(jī)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(lái)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?jī)羲魅〈?。各種廢水發(fā)出的臭氣可用活性炭去除?；钚蕴繉?duì)人體中外源性毒素的吸附十分有效，在血液過(guò)濾、內(nèi)服解毒及外傷包扎與治療方面都有重要用途。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。甘蔗渣作為制糖廠的廢棄物，回收利用可用來(lái)制造價(jià)格低廉具有特定性能的活性炭，用于污水處理和顏料吸附【】。(2)石油類石油原料是指石油煉制過(guò)程中含碳產(chǎn)品及廢料，如石油瀝青、石油焦、石油油渣等。 塑料類原料聚氯乙烯、聚丙烯、呋喃樹(shù)脂、酚醛樹(shù)脂、聚碳酸脂、聚四氯乙烯等，這些原料可用來(lái)制活性炭。當(dāng)活化條件太苛刻時(shí)，會(huì)增加所制的活性炭的灰分；另一個(gè)問(wèn)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。所研究過(guò)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(guò)程中產(chǎn)生的污泥。(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(jìn)一步擴(kuò)大。 ZnCl2和H3PO4活化劑ZnC12，和H3P04活化法是比較成熟的制備工藝，其活化作用體現(xiàn)在兩個(gè)方面：(1)促進(jìn)熱解反應(yīng)過(guò)程，形成基于亂層石墨結(jié)構(gòu)的初始孔隙；(2)填充孔隙，避免焦油形成，清洗除去活化劑后留下發(fā)達(dá)的孔結(jié)構(gòu)。 物理化學(xué)聯(lián)合法物理化學(xué)聯(lián)合改性法是將物理活化及化學(xué)活化兩種方法結(jié)合起來(lái)所采用的改性方法。采用催化活化的方法可以提高活性炭的中孔容積。 鑄型炭化法將有機(jī)聚合物引入無(wú)機(jī)模板中很小空間(納米級(jí))并使之炭化，去除模板后即可得到與無(wú)機(jī)物模板空間結(jié)構(gòu)相似的多孔炭材料。 活性炭處理含鉻廢水隨著電鍍業(yè)的迅猛發(fā)展，大量的電鍍廢水對(duì)人類環(huán)境造成越來(lái)越嚴(yán)重的危害。 活性炭處理含汞廢水在氯堿工業(yè)中，以汞為陰電極，制造氯氣和苛性鈉；聚氯乙烯、乙醛、醋酸乙烯的合成工業(yè)均以汞作為催化劑； 電子儀表工業(yè)也常用到汞， 故這些行業(yè)均排放含汞廢水【40】。據(jù)報(bào)道，用二硫化碳溶液預(yù)處理活性炭可以大幅度提高去除汞的能力。結(jié)果表明,對(duì)于初始Cd2+質(zhì)量濃度為10mg/L的吸附溶液,最佳臭氧化時(shí)間為15min,最佳吸附時(shí)間為1h ,。隨后用上述擴(kuò)散系數(shù)理論預(yù)測(cè)了其他操作條件下的流出曲線,結(jié)果表明實(shí)驗(yàn)曲線與理論預(yù)測(cè)曲線能很好地相符,動(dòng)態(tài)法能可靠地獲取固液吸附過(guò)程的吸附及擴(kuò)散系數(shù)。試驗(yàn)表明：處理活性艷紅X一3B模擬染料廢水的活性炭纖維、粒狀活性炭和椰殼活性炭經(jīng)120℃ 烘干l2h，600 W微波，再生10 s后，粒狀活性炭和椰殼活性炭的吸附性能恢復(fù)到原來(lái)的100％ ，【48】。,美國(guó)燃煤電廠控制汞排放用粉狀活性炭將是活性炭新的市場(chǎng)增長(zhǎng)點(diǎn),美國(guó)從2005年開(kāi)始控制和削減燃煤電廠汞排放量的70% ,成為世界上第一個(gè)控制燃煤電廠汞排放的國(guó)家,在控制汞排放的方法中,活性炭吸附法是最經(jīng)濟(jì)有效的方法之一,預(yù)計(jì)美國(guó)市場(chǎng)該類活性炭的需求量將在2010年后達(dá)到15萬(wàn)t/a。,。未來(lái)10—20年,中國(guó)活性炭國(guó)內(nèi)市場(chǎng)需求將進(jìn)一步加大,因此,對(duì)于活性炭行業(yè),本世紀(jì)前20a是大有作為的重要戰(zhàn)略機(jī)遇期。目前煤炭科學(xué)研究總院北京煤化工研究分院，配煤生產(chǎn)活性炭及催化生產(chǎn)活性炭方面已經(jīng)完成了很多開(kāi)發(fā)性的研究工作【54】 。同時(shí),由于中國(guó)活性炭出口多頭經(jīng)營(yíng)、競(jìng)相壓價(jià)造成活性炭?jī)r(jià)格偏低。第二部分 實(shí)驗(yàn)部分第一章 碳微硅粉復(fù)合吸附劑的制備及表征 【摘要】本章以蔗糖和微硅粉為原料，經(jīng)H2SO4碳化，超聲混合，氧化和真空中溫干燥等簡(jiǎn)單步驟，制備出碳負(fù)載微硅粉復(fù)合吸附劑。長(zhǎng)期以來(lái)微硅粉在國(guó)內(nèi)外主要作為混凝土和耐火材料添加劑使用。XPS和FTIR顯示，所制備復(fù)合吸附劑表面含有豐富的OH和COOH等含氧官能團(tuán)，：1，含氧基團(tuán)對(duì)該復(fù)合吸附劑的吸附性能具有重要的影響。VIS—7220G可見(jiàn)分光光度計(jì)（北京瑞歷分析儀器公司）；THZ—92B氣浴恒溫震蕩箱（上海博訊實(shí)業(yè)有限公司）；KQ3200DE型數(shù)控超聲波清洗儀（昆山市超聲儀器有限公司）；PHS—3D酸度計(jì)（上海精密科學(xué)儀器有限公司）；DHG—9245A型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱（上海一恒科學(xué)儀器有限公司）；電熱恒溫真空干燥箱（上海躍進(jìn)醫(yī)療器械廠）。亞甲基藍(lán)的熒光發(fā)射光譜由LS55熒光分光光度計(jì)進(jìn)行測(cè)定2 結(jié)果與討論 優(yōu)化制備條件 為了評(píng)估所制備復(fù)合吸附劑的吸附能力，我們以亞甲基藍(lán)的吸附量為標(biāo)準(zhǔn)對(duì)制備條件進(jìn)行了優(yōu)化。 表面化學(xué)特征分析 H2SO4用量對(duì)吸附能力的影響采 用VG ESCALAB 210型光電子能譜儀（XPS）對(duì)碳微硅粉復(fù)合吸附劑的表面化學(xué)特征進(jìn)行了表征，其結(jié)果如圖 。 碳微硅粉XPS分析 碳元素的XPS分峰擬合 碳微硅粉FTIR譜圖微硅粉和碳微硅粉復(fù)合吸附劑的FTIR顯示()，除在1075cm1，799cm1處Si—O—Si鍵的反對(duì)稱伸縮振動(dòng)吸收峰和對(duì)稱伸縮振動(dòng)吸收峰，476cm 1附近O—Si—O鍵的彎曲振動(dòng)[59]的紅外吸收峰，及3433cm1處和1638cm1處OH的吸收峰外，碳微硅粉復(fù)合吸附劑在1720cm1處出現(xiàn)羧基的C=O伸縮振動(dòng)吸收峰，在1368cm1和667cm1分別出現(xiàn)OH的面內(nèi)彎曲振動(dòng)吸收峰和面外彎曲振動(dòng)吸收峰，說(shuō)明在碳微硅粉復(fù)合吸附劑的表面存在著豐富的羥基。(d)顯示所制備復(fù)合吸附劑呈塊狀，粒徑從幾十納米到十幾微米之間，分布不均勻。并由Brunauer Emmett Teller（BET）法計(jì)算比表面積，采用BJH法對(duì)孔徑分布和孔容計(jì)算。根據(jù)IUPAC對(duì)吸附等溫線的6種分類，復(fù)合吸附劑對(duì)氮?dú)獾奈矫摳綄儆陬愋廷?，該類型吸附等溫線往往說(shuō)明，吸附劑中存在大量的中孔結(jié)構(gòu)，并由此引起毛細(xì)凝結(jié)的多層吸附發(fā)生。在H2SO4稀釋釋放出稀釋熱的作用下，部分OH被進(jìn)一步氧化形成C=O基團(tuán)和COOH基團(tuán)。 碳微硅粉吸附亞甲基藍(lán)前后熒光發(fā)射譜 碳微硅粉吸附亞甲基藍(lán)前后FTIR譜圖 復(fù)合吸附劑對(duì)亞甲基藍(lán)的吸附機(jī)理 碳微硅粉復(fù)合吸附劑吸附Cr(Ⅵ)前后FTIR譜圖在偏酸性溶液中，Cr(Ⅵ)溶液主要以HCrO4 存在，而在堿性介質(zhì)中主要以Cr2O42存在，所以在偏酸性溶液HCrO4中的帶有負(fù)電荷的O可與復(fù)合吸附劑表面豐富的OH形成氫鍵，從而吸附于復(fù)合吸附劑表面。（5） 結(jié)合碳微硅粉復(fù)合吸附劑吸附亞甲基藍(lán)前后亞甲基藍(lán)的熒光和FTIR譜圖，表明碳微硅粉復(fù)合吸附劑對(duì)亞甲基藍(lán)的吸附主要以靜電吸附和氫鍵吸附為主。mol1， kJ另外，染料廢水屬于含有一定量有毒物質(zhì)的有機(jī)物廢水，其成分復(fù)雜，色度高，難以生物降解，因此處理的難度大。mol1， kJ亞甲基藍(lán)吸附量按以下式計(jì)算: 。K1， kJ其中分散染料，是處理的重要問(wèn)題，因此脫色方法的研究成還原染料，硫化染料，冰染料及分子量較大的部分水溶性染料廢水可以采用混凝法進(jìn)脫色處理，其效果良好。K1，第二章 碳微硅粉復(fù)合吸附劑對(duì)亞甲基藍(lán)的吸附性能研究【摘要】本章研究了新型碳微硅粉復(fù)合吸附劑對(duì)亞甲基藍(lán)的吸附性能。碳微硅粉復(fù)合吸附劑在吸附Cr（Ⅵ）前和吸附Cr（Ⅵ）后的紅外譜圖（）亦可以看出，吸附前后的復(fù)合吸附劑的紅外吸收峰基本沒(méi)有變化，碳微硅粉復(fù)合吸附劑對(duì)Cr（Ⅵ）的吸附是一個(gè)物理吸附過(guò)程，而非化學(xué)吸附。亞甲基藍(lán)吸附于復(fù)合吸附劑后，其主要的紅外吸收峰和熒光發(fā)射峰的峰型及位置均無(wú)明顯變化，說(shuō)明亞甲基藍(lán)吸附于復(fù)合吸附劑后其分子中的電子云結(jié)構(gòu)沒(méi)有發(fā)生改變，證明該復(fù)合吸附劑對(duì)亞甲基藍(lán)的吸附為物理吸附?？追植贾饕源罂讖浇Y(jié)構(gòu)為主，平均孔徑為300nm，這與N2吸附等溫線所顯示的以中孔結(jié)構(gòu)為主相矛盾。微硅粉對(duì)氮?dú)獾拿摳降葴鼐€與吸附等溫線不重合，存在一個(gè)較小的滯留回環(huán)，這說(shuō)明微硅粉中存在較少的中孔。微硅粉和碳?區(qū)域有一個(gè)1個(gè)饅頭狀非晶衍射峰，該峰一般被認(rèn)定為是非晶SiO2的特征衍射峰，說(shuō)明微硅粉和碳微硅粉中SiO2均以不定型結(jié)構(gòu)存在。 形貌及形態(tài)表征采用場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡對(duì)微硅粉及復(fù)合吸附劑的形貌和形態(tài)進(jìn)行了表征。其中S來(lái)自于碳化被C所還原的H2SO4，Si則來(lái)自于碳未完全包裹的微硅粉。 微硅粉用量對(duì)亞甲基藍(lán)吸附量的影響考察了微硅粉用量對(duì)亞甲基藍(lán)吸附量的影響。將所得樣品放入干燥箱150℃保持1h，轉(zhuǎn)入真空干燥箱中中溫低壓干燥至Ph=5～6，冷卻研磨，制得黑色碳微硅粉復(fù)合吸附劑。而Cr(Ⅵ)吸附前后吸附劑的FTIR分析顯示，復(fù)合吸附劑對(duì)Cr(Ⅵ)吸附主要以氫鍵吸附為主。在我國(guó)，《高強(qiáng)高性能混凝土用礦物外加劑國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T187362002）、中華人民共和國(guó)黑色冶金行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)——不定形耐火材料用二氧化硅微粉》（YB/T1152004）及《水工混凝土硅粉品質(zhì)暫行規(guī)定》水規(guī)科(1991)10號(hào)文件均明確規(guī)定用于混凝土和耐火材料添加劑的微硅粉SiO2最低含量應(yīng)大于85%。所制備復(fù)合吸附劑對(duì)Cr(Ⅵ)和亞甲基藍(lán)的吸附能力同微硅粉和市售常見(jiàn)碳類吸附劑進(jìn)行了比較，結(jié)果顯示復(fù)合吸附劑對(duì)Cr(Ⅵ)%%，%,，%%，%?；钚蕴孔鳛樾虏牧虾吞妓夭牧系囊粋€(gè)重要分支,其優(yōu)良的吸附性能和在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的廣泛應(yīng)用,必將在新世紀(jì)里繼續(xù)顯示其旺盛的生命力,同時(shí)也將面臨更多的發(fā)展機(jī)遇和挑戰(zhàn)。原煤經(jīng)過(guò)特殊洗選處理灰分可降到2%以下,以這種特低灰煤為原料,可生產(chǎn)出性能優(yōu)異的活性炭產(chǎn)品【55】 。在進(jìn)行活性炭產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整時(shí),加快活性炭企業(yè)向規(guī)?；⒆詣?dòng)化和符合環(huán)保要求的方向發(fā)展,提高企業(yè)的技術(shù)含量,爭(zhēng)取再形成若干優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)、內(nèi)外結(jié)合、增值率高、創(chuàng)新能力強(qiáng)的活性炭經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)和產(chǎn)業(yè)群。%～%。美國(guó)的卡爾崗(Calgon)活性炭公司目前是世界第一大活性炭公司,年生產(chǎn)能力超過(guò)8萬(wàn)t,約占美國(guó)活性炭總產(chǎn)量的40%。張巧麗，陳旭，袁彪【50】為了得到磁特性和吸附性能比較好的吸附材料，把活性炭的吸附特性和氧化鐵的磁特性結(jié)合起來(lái)制成復(fù)合吸附劑，在隨后的吸附飽和后用一個(gè)簡(jiǎn)單的磁選工序從介質(zhì)中分離出來(lái)．制備了磁性流體和超細(xì)磁粉，并與活性炭進(jìn)行復(fù)合，加入不同的活化劑制成活性茨／磁性氧化鐵復(fù)合吸附劑．進(jìn)行了磁力、Fe含量、BET表面積測(cè)量以及XRD衍射分析．通過(guò)用碘吸附值法測(cè)定吸附劑的吸附性能，運(yùn)用線性回歸法得到吸附等溫線．研究結(jié)果表明，所得到的復(fù)合吸附劑不僅具有磁性，而且具有良好的吸附性能。主要原因可能是Pb2+的水合半徑要小于Ca2+,Mg2+等離子的水合半徑而被活性炭?jī)?yōu)先吸附所致。 處理含鉛廢水我國(guó)許多工廠每年都排出大量的低濃度含鉛廢水,有許多未經(jīng)妥善處理即排入水體,給環(huán)境帶來(lái)極大的危害。 處理含鎘廢水R．Leyva—Ramo等用活性炭F400對(duì)Cd2 的吸附進(jìn)行了研究?；钚蕴磕苡行У匚綇U水中的汞，一些工廠已經(jīng)采用此法處理含汞廢水，但該法更適用于處理低濃度的含汞廢水?；钚蕴坑蟹浅０l(fā)達(dá)的微孔結(jié)構(gòu)和較高的比表面積，具有極強(qiáng)的物理吸附能力，能有效地吸附廢水中的Cr(V1)；同時(shí)活性炭的表面存在大量的含氧基團(tuán)如羥基(一OH)、羧基(一COOH)等，它們都有靜電吸附功能，對(duì)Cr(V1)產(chǎn)生化學(xué)吸附作用，完全可以用于處理電鍍廢水中的Cr(V1)【36】。鑄型炭化的優(yōu)點(diǎn)是可以通過(guò)改變模板的方法控制活性炭孔徑的分布，但該方法制備工藝復(fù)雜，需用酸去除模板，使成本提高。國(guó)內(nèi)劉植昌等人【32】以金屬有機(jī)化合物(二茂鐵)為添加劑，加入到中溫煤瀝青中利用乳化法制成含鐵瀝青微球，活化后制得比表面積發(fā)達(dá)的瀝青基球狀活性炭。Caturla等采用ZnCI2化學(xué)活化后，用二氧化碳進(jìn)行物理活化核桃活性炭，進(jìn)一步開(kāi)孔和拓孔，用此法改性的活性炭比表面積最高可達(dá)3000 m2／g。但ZnC12，法污染嚴(yán)重，H3PO4法需高溫不易生產(chǎn)，且產(chǎn)品孔徑偏小，因此國(guó)內(nèi)研究熱點(diǎn)已轉(zhuǎn)向探索在傳統(tǒng)工藝基礎(chǔ)上與新型催化劑相結(jié)合的活化方法。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(xué)活化劑有KOH，ZnC12，H3PO4等。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(jìn)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。目前，我國(guó)對(duì)除塵灰的利用主要是將其?；笞鳛闊掍撛线M(jìn)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。 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(yán)重的環(huán)境污染問(wèn)題。目前美國(guó)、13本擁有利用石油焦制備比表面超過(guò)3000m2／g的超級(jí)活性炭的專利技術(shù)，并實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化。無(wú)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(wú)煙煤資源獲得高回收率的活性炭日益受到重視。近年活性炭原料有兩種發(fā)展趨勢(shì)：一是制造應(yīng)用量大而廣，性能一般但價(jià)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(jià)原料。 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。 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(diǎn)化合物、脂肪族化合物、及某些危害人體健康的有機(jī)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(duì)人身的危害，又可使溶劑得到回收再利用。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(lái)越嚴(yán)重，其中的有毒物和有害物己對(duì)生態(tài)環(huán)境造成威脅，活性炭對(duì)水溶液中的有機(jī)染料、磷化物、苯酚、碘以及無(wú)機(jī)污染物等具有較強(qiáng)的吸附能力。如果有機(jī)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。微孔豐富， 比表面積就大，但由于水中有機(jī)物分子較大，難以進(jìn)入， 所以其在水處理中并沒(méi)有用。由石墨晶粒和無(wú)定形碳所構(gòu)成的多相物質(zhì)決定著活性炭獨(dú)特的結(jié)構(gòu)。隨著我國(guó)電鍍、皮革、染色、金屬酸洗和鉻酸鹽等工業(yè)的發(fā)展，排出含有