摘要：活性炭因其優(yōu)越的性能，使其在廢水和煙氣脫硫中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。本文著重介紹了活性炭的單一和組合工藝在廢水和煙氣脫硫中的應(yīng)用研究，并指出了它的不足以及它的發(fā)展方向。
1 前言
活性炭是一種主要由碳元素和少量的氫、氨、氧元素及灰分構(gòu)成的具有豐富的內(nèi)部孔隙結(jié)構(gòu)和較高的比表面積的吸附材料�；钚蕴康纳a(chǎn)原料始于我國(guó)缺乏的林業(yè)，但一些企業(yè)家為尋求高利潤(rùn)，只顧眼前利益，嚴(yán)重破壞了我國(guó)的生態(tài)環(huán)境，造成水土流失。所以，近年來(lái)，許多研究者側(cè)重于變廢為寶理論，將一些果殼、農(nóng)作物秸稈等作為原料經(jīng)炭化和活化后制成活性炭。由于其物理化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，耐酸、耐堿、耐熱及其不溶于水和有機(jī)溶劑，而且在吸附飽和后容易再生的性質(zhì)，使得這種循環(huán)經(jīng)濟(jì)型材料在人類生存環(huán)境中發(fā)揮越來(lái)越重要的作用，廣泛應(yīng)用于化工、冶金、軍事防護(hù)和環(huán)境保護(hù)等各個(gè)領(lǐng)域，本文主要介紹活性炭吸附在廢水和煙氣脫硫中的應(yīng)用。
2 活性炭在廢水處理中的應(yīng)用
根據(jù)X射線分析，活性炭的結(jié)構(gòu)由許多石墨型層狀結(jié)構(gòu)的微晶不規(guī)則集合而成。微晶的各層是以六個(gè)炭所組成的圓環(huán)為母體，但是有些部位上可以看到，炭原子之間的共價(jià)鍵已經(jīng)斷裂，特別是在層的邊緣部位還有許多非結(jié)晶結(jié)構(gòu)，這樣的非結(jié)晶部位容易進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)。微晶按三維空間連接時(shí)，在微晶之間所形成的空隙，是活性炭具有微孔結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)。這樣，活性炭的多孔性使活性炭具有很大的內(nèi)表面積，而非結(jié)晶部位更加強(qiáng)了他對(duì)外界物質(zhì)的吸附作用。因此利用活性炭的這一特性，能使活性炭吸附廢水中的有機(jī)物和有毒金屬，使廢水得到凈化。一項(xiàng)研究表明，活性炭主要吸附小分子質(zhì)量的有機(jī)物，特別是對(duì)質(zhì)量為1~5k（1k=1000u）的有機(jī)物吸附作用較強(qiáng)，因此，許多難以用生物法去除的有機(jī)物和某些微量有毒金屬都易被活性炭吸附。
2.1 單一的活性炭吸附
2.1.1活性炭
活性炭吸附是除色、臭、味的有效的方法之一。我國(guó)沈陽(yáng)自來(lái)水公司，用活性炭吸附技術(shù)過(guò)濾、去除由于工業(yè)廢水污染引起地下水的臭味，取得了較好的效果；南方一些城市和地區(qū)，為了改善外飲用水質(zhì)，曾研制了不同規(guī)格、型號(hào)的活性炭?jī)羲�，用于工廠，飯店及家庭。
國(guó)外利用活性炭去除水中的污染物，也得到了成功的經(jīng)驗(yàn)和較好的去除效果。1991年, Haberer等人以聚苯乙烯小球作為載體，以附著的粉末活性炭吸附去除水中有機(jī)物已得到實(shí)際效果。
2.1.2 活性炭纖維
隨著活性炭的研究和實(shí)驗(yàn)，20世紀(jì)70年代末出現(xiàn)了另一種新型的吸附材料，活性炭纖維的直徑更細(xì)，與被吸附質(zhì)的接觸面積大增加了吸附幾率，孔徑分布窄，材料的孔徑大小可以通過(guò)調(diào)整工藝參數(shù)進(jìn)行控制，而且漏損小、濾阻小、體積密度小易制作。鑒于以上優(yōu)點(diǎn)，活性炭纖維已廣泛應(yīng)用于工業(yè)廢水處理，空氣凈化等方面。
波濤活幾天性炭廠家研究了活性炭纖維對(duì)模擬廢水中苯酚、對(duì)氯苯酚、對(duì)硝基苯酚的吸附特性。采用掃描電子顯微鏡對(duì)ACF的表面結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征，通過(guò)靜態(tài)吸附試驗(yàn)，采用吸附熱力學(xué)探討了ACF對(duì)苯酚、對(duì)氯苯酚、對(duì)硝基苯酚模擬廢水的機(jī)制，計(jì)算了有關(guān)的熱力學(xué)函數(shù)。結(jié)果表明，ACF對(duì)它們的吸附速率很快，在酸性條件下吸附效果較好，相同條件下，去除率是苯酚(87%)<對(duì)氯苯酚(96%)<對(duì)硝基苯酚(99%)�；钚蕴坷w維不僅能吸附廢水中的有機(jī)物，而且能吸附廢水中的重金屬離子。
2.2 活性炭聯(lián)用技術(shù)
2.2.1 生物活性碳
生物活性碳吸附是指在利用活性炭吸附的同時(shí)還利用微生物分解機(jī)能進(jìn)行廢水的凈化，是去除水中污染物的一種新方法。 生物活性炭的優(yōu)點(diǎn)在于先吸附后降解的獨(dú)特作用機(jī)理，使污染物停留時(shí)間與水力停留時(shí)間異值，在同等停留時(shí)間條件下，其污染物停留時(shí)間長(zhǎng)因而處理效果好。它與單一的活性炭吸附相比，生物活性碳吸附法使用周期延長(zhǎng)了。
2.2.2 臭氧-生物活性炭
生物活性碳吸附一般用來(lái)處理受污染水源的深度處理，但并不是廢水中所有有機(jī)物都可以被吸附氧化的，因此，我們可以在生物活性碳吸附 加一段臭氧氧化工藝，因?yàn)槌粞跏亲匀唤巛^強(qiáng)的氧化劑之一，分子由3個(gè)氧原子組成，容易釋放1個(gè)氧原子，具有很強(qiáng)的氧化能力，用臭氧進(jìn)行廢水處理有以下特點(diǎn)：
①在化學(xué)反應(yīng)總不會(huì)生成有害物質(zhì)，即使臭氧過(guò)量，也很快分解成氧氣，不會(huì)產(chǎn)生二次污染。
②在低濃度是亦具有強(qiáng)氧化作用，可瞬間的反應(yīng)，能氧化或分解一些有害物質(zhì)，氧化能力為氯的2倍，殺菌能為氯的數(shù)百倍。
③原料為空氣或氧氣，只要有電就能制取，所以易得。
④過(guò)程的量可以根據(jù)水質(zhì)情況而調(diào)節(jié)。
這樣，廢水的處理效率就會(huì)明顯提高�？琢钭值妊芯勘容^了臭氧-BAC和單獨(dú)活性炭(GAC)過(guò)濾對(duì)CODMn、UV254和TOC的去除效果以及兩套系統(tǒng)對(duì)提高水質(zhì)生物穩(wěn)定性的作用。研究發(fā)現(xiàn)，臭氧-BAC對(duì)COD、UV254和TOC的平均去除率比GAC分別高10.3%、11.1%、7.1%，對(duì)生物可同化有機(jī)碳的去除率大于80%，出水AOC質(zhì)量濃度為25.9~46.4ug/L，屬生物穩(wěn)定性水質(zhì)；單獨(dú)GAC柱對(duì)AOC的去除率在40%左右，出水AOC質(zhì)量濃度為85.8~117.6μg/L，有時(shí)不能滿足水質(zhì)生物穩(wěn)定性的要求。
3 活性炭在煙氣脫硫中的應(yīng)用
近年來(lái)，隨著活性炭的應(yīng)用日益廣泛，除了水處理部門(mén)將之運(yùn)用到凈化水的研究之外，煤炭科學(xué)研究總院和國(guó)內(nèi)電力部門(mén)也已合作開(kāi)展活性炭煙氣脫硫的研究。
目前，來(lái)自金屬冶煉工業(yè)（包括有色金屬銅、鋅和鉛等）和能源工業(yè)（包括煤、石油和天然氣），尤其是燃煤火力發(fā)電和工業(yè)鍋爐產(chǎn)生的尾氣SO2的排放給大氣造成了很?chē)?yán)重的污染。因活性炭材料用于煙氣脫硫方面比化學(xué)吸附法具有獨(dú)特的優(yōu)越性，既不產(chǎn)生二次污染，又可以回收硫資源，所以，活性炭吸附是脫硫的重要的方法之一。
關(guān)于活性碳材料脫硫的機(jī)理有很多，一般都支持下述機(jī)理，他們認(rèn)為活性炭在脫硫過(guò)程中不僅充當(dāng)吸附劑，同時(shí)還充當(dāng)催化劑及其載體。
C+O2→C-O
SO2+C→C-SO2
C-SO2+C-O→C-SO3
C-SO3+C-H2O→C-H2SO4+C
機(jī)理表明，O2和水蒸氣的量會(huì)影響脫硫的效率。而且，如果煙氣中含有氮氧化物時(shí)，也會(huì)影響脫硫效率。據(jù)報(bào)道，當(dāng)用活性碳纖維同時(shí)脫硫脫硝時(shí)，SO2和NO會(huì)相互競(jìng)爭(zhēng)碳表面的活性中心。所以，為了不浪費(fèi)資源，提高吸附效率,改性活性炭就應(yīng)運(yùn)而生。
如在活性炭表面負(fù)載金屬離子，先使金屬離子在活性炭表面吸附，再和吸附質(zhì)進(jìn)行氧化還原反應(yīng)，將金屬離子還原成單質(zhì)或更低態(tài)離子，從而加快SO2氧化為SO3的速率。
對(duì)于活性炭，我們不僅可以添加金屬離子到活性炭表面來(lái)提高其脫硫的效率，還可以利用強(qiáng)氧化劑來(lái)氧化活性炭表面的官能團(tuán)，以增強(qiáng)表面的極性，從而增強(qiáng)活性炭對(duì)吸附質(zhì)的吸附能力。
4 活性炭在應(yīng)用上的不足及展望
活性炭在廢水廢氣處理等方面已經(jīng)發(fā)揮了重要的作用，但在從實(shí)驗(yàn)室運(yùn)用到工業(yè)生產(chǎn)中時(shí)也已經(jīng)出現(xiàn)了很多問(wèn)題。
活性炭主要生產(chǎn)原料目前還是大多以木材和煤炭為主，工業(yè)生產(chǎn)量大而廣，而且原料不能充分利用導(dǎo)致浪費(fèi)，所以今后的研究方向應(yīng)該轉(zhuǎn)向其他低廉的含碳材料。而且，目前活性炭一般只側(cè)重于對(duì)有機(jī)物的研究，對(duì)于無(wú)機(jī)物的研究比較少。同時(shí)隨著各國(guó)人們環(huán)保意識(shí)的提高，活性炭的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，所以對(duì)于今后的研究，我們應(yīng)該研制性能優(yōu)良和具有特殊用途的活性炭吸附劑對(duì)傳統(tǒng)的活性炭進(jìn)行改性，調(diào)整孔隙結(jié)構(gòu),提高對(duì)特定吸附質(zhì)的吸附能力，以滿足不同行業(yè)的要求。