活性炭的吸附容量及表面改性技术

文章作者:首信环保   发布时间:2019-03-17
​活性炭是经过特殊工艺加工而成的无定形碳,具有高度发达的孔隙结构、巨大的比表面积、多变的表面化学特征以及较高的表面活性

活性炭是经过特殊工艺加工而成的无定形碳,具有高度发达的孔隙结构、巨大的比表面积、多变的表面化学特征以及较高的表面活性。据报道,世界活性炭年均消费量大约为275000t,多作为吸附剂应用于环境中污染物的去除。此外,活性炭可作为催化剂载体、电极材料,还可用于分离、浓缩和脱色等。

活性炭的吸附性能由其表面物理、化学性质圈共同决定。物理性质包括比表面积和孔隙结构,影响活性炭的吸附容量;化学性质,主要由表面官能团的种类和数量决定,影响活性炭与极性或非极性吸附质之间的相互作用。而活性炭的物理、化学性质与原材料、生产工艺(活化技术)、后处理技术(改性技术)等冈密切相关。商业活性炭即为一定生产原料经过特殊工艺加工而得的成品活性炭,其吸附性能势必受到原料和生产工艺的制约。然而目前水处理中污染物种类多、水质标准要求高,现有的商业活性炭在实际水处理的应用中具有一定的局限性。因此,活性炭改性技术应运而生。活性炭的改性技术即采用物理、化学或微生物的手段对活性炭进行处理,改变活性炭物理结构特性或表面化学特性,从而达到提高对特定物质吸附能力的目的。该研究即从化学改性、物理改性、微生物改性等方面综述了国内外活性炭的改性技术,以期为活性炭的改性研究提供参考。

1、活性炭的化学改性技术

活性炭作为一种有效的吸附剂,其表面物理、化学特性在吸附过程中发挥着重要的作用回。其中活性炭表面官能团,使活性炭具有一定的酸碱性和极性,很大程度上决定了活性炭吸附污染物的种类和吸附能力的强弱。因此,可通过改变这些官能团的含量,改变活性炭表面化学特性,继而改变活性炭对特定物质的选择性吸附能力回。活性炭的化学改性,即采用物理或者化学的手段处理活性炭,改变活性炭表面固有的官能团,制得具有特定吸附性能的吸附剂。常用的化学改性技术有酸改性、碱改性、负载改性、等离子体改性等。

酸改性后,活性炭表面含氧官能团的引入,可提高活性炭的亲水性、选择吸附性。其中引入的梭基在活性炭吸附金属离子的过程中发挥着重要作用,通过鳌合反应,梭基上的氢和金属离子进行离子交换作用,实现了活性炭对金属离子的吸附。

2、碱改性

活性炭的碱改性是指使用人氨(气态/液态)等碱性试剂,对活性炭进行改性处理,提高活性炭的还原能力和对有机物、酸性气体的吸附能力。气态氨环境下高温(400~800℃)改性后,活性炭对水溶液中苯酚的吸附能力提高了29%网。采用氧 化预处理、高温(800℃)氨改性的方式对活性炭进行改性,改性后活性炭微孔结构增加、表面酸性含氧官能团减少、活性炭表面碱性增强,对cO2的吸附能力提高囚。Vale-rie等采用高温(700℃)、人H3改性的方法对活性炭粉末进行处理,以提高其在微生物燃料电池中的氧 化还原特性。结果表明,改性后活性炭粉末在中性条件下的氧 化还原能力增强;表面含氧官能团的量减少了29%一58%,含氮量增加了1.8%,表面碱性增强。

与酸改性相反,活性炭经过碱改性后对金属离子的吸附能力减少。原因在于碱改性可减少活性炭表面酸性含氧官能团的量,减少了金属离子在活性炭表面的结合位点;同时含氮官能团的量增加、碱性增强,碱性环境下OH一与金属离子形成竞争机制,导致活性炭对金属离。

3、负载活性

炭对废水中苯酚和氰化物的去除,结果表明,负载处理后活性炭对苯酚的去除率从72。89%增加到91。82%,对氰化物的去除率从75。99%增加到95。57%,同时吸附平衡时间从33h减少到27h,吸附剂用量从30g/L减少到10g/L。等采用TBA和cu负载改性活性炭去除邻苯二甲酸酷,发现TBA和Cu负载活性炭对邻苯二甲酸酷的去除能力分别为改性前的1。7倍和2倍;采用Ag和Ni负载改性活性炭去除水溶液中的氰化物,发现负载改性后活性炭对氰化物的去除能力分别为改性前的2倍和4倍网;采用sDDc负载改性活性炭去除废水中Cu、Zn、Cr,发现改性后活性炭对Cu、Zn、Cr的去除能力分别为改性前的4倍、4倍、2倍。此外,阳离子表面活性剂改性活性炭对高氯酸盐的吸附性能。结果表明,经改性处理后活性炭对高氯酸盐的吸附能力提高为原来的3倍围。

4、等离子体改性

等离子体技术是一种高效、易操作、环境友好型的表面改性技术。在较近的很多研究中,等离子体改性技术作为活性炭改性新技术,在活性炭改性中发挥着重要的作用。它可导致活性炭孔隙结构和表面官能团的改变叫,且这种改变随着等离子体性质的不同而不同网。

当前环境所面临的压力越来越大,由于现在我国对于环境的保护,越来越多的公司都在研发新的废气处理设备,为了可以更有效的处理空气中的废气。

一、光触媒裂解

原理:采用高能特效光波管,在光波净化 设备内,裂解及氧 化恶臭物质分子链,改变物质结构,将高分子污染物质,裂解、氧 化成为低分子无害物质,如水和几氧 化碳等:对于含苯类和醛类废气,附加Ti02催化氧 化模块,几次净化彻底净化废气成分。

效率:适合低浓度大风量的喷漆废气,脱臭净化效果可达90%以上,脱臭效果大大超过国家1993年颁布的恶臭物质排放标准。

处理气体成分:能处理氨、硫化氯、甲硫醇、甲硫醚、苯、苯乙烯、二硫化碳、二甲胺、二甲基二硫醚等混合气体。

使用寿命:高能光波管管寿命五千到八千小时。设备寿命十年以上。

运行维护费用:净化设备无需日常维护,只需接通电源,即可正常工作,运行维护费用极低。

二、活性炭吸附法

原理:利用活性炭内部孔隙构发达,有巨大比表面 积原理,来吸附通过活 性炭池的恶臭气体分子。

效率:初期效率可达65%,但易饱和,通常数日即失效,需要经常更换。

处理气体成分:适用于低浓度、大风量废气气,对醇类、脂肪类效果较明显。但处理湿度大的废气效果不好。

使用寿命:活性炭需经常进行更换。

运行维护费用:所使用的活性碳必须经常更换,并需寻找废弃活性碳的处理办法,运行维护成本很高。

废臭气污染源的分类:废臭气污染源的主要来源有池体类、车间类。

三、池体类的废臭气收集方法

以工业和市政污水为主要的废水处理池是有机废气(VOCS)产生的主要源头,属于由废水引起的二次污染。化工、医药、市政污水处理池中比较典型的包括:沉淀池、生化池、曝气池、污泥浓缩池等几种类型,由于气体成分的不同会产生不同程度的恶臭气体。

针对池体的恶臭气体收集*有效的方式是进行池体加盖,进行密闭,再通过进风口和出风口进行换气,把恶臭气体抽送到治理装置中进行处理。

四、车间类的废臭气收集方法

化工、医药的车间及泵房中往往存在恶臭气体,由于生产条件的限制其收集方式是与池体类的收集有很大区别,有效的方式是集气罩收集法。

五、池体类恶臭气体收集系统

废臭气收集系统结构形式种类简介

池体加盖同建筑屋盖相比具有一定的特殊性,主要体现在以下两个方面:

1、要求轻质。池体结构一般采用剪力墙结构设计,墙体一般厚度不大,对集中荷载敏感,池体抗裂缝要求高。因此池盖大部分采用轻质屋面的做法,以轻钢为骨架,轻质材料为覆盖材进行加盖,通过减轻池盖自重来尽量减少对下部池体结构的受力影响。

2、要求耐腐蚀。由于池体加盖后内部气体浓度成倍增加,而且阳光辐射下温度很高 ,热量不能散发,整个废气收集罩内相当于一个高腐蚀反应环境,因此对材料防腐提出更高的要求。封闭空间较大,治理气体量略大。


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