活性炭的表面改性及其在水處理中的應用

    常規水處理中，使用的活性炭雖然能去除一定的有機物、臭味和重金屬離子，但效果并不十分理想。因此，人們通過(guò)對活性炭表面進(jìn)行化學(xué)改性來(lái)提高其能力。表面化學(xué)改性活性炭是改性活性炭的一種，它通過(guò)改變活性炭的表面性質(zhì)來(lái)改善其吸附去除能力的。研究表明，表面化學(xué)改性活性炭能較好地去除水中的各種有害物質(zhì)，在我國水處理中將發(fā)揮越來(lái)越大的作用。
    1．表面化學(xué)改性活性炭活性炭之所以具有很強的吸附性能，主要原因之一是其表面化學(xué)特性，是活性炭的表面化學(xué)性質(zhì)決定了其化學(xué)吸附特性。活性炭材料的吸附表面化學(xué)性質(zhì)改性，就是通過(guò)一定的方法改善活性炭材料吸附表面的官能團及其周邊氛圍的構造，使其成為特定吸附過(guò)程中的活性點(diǎn)，從而可以控制其親水／疏水性能以及與金屬或金屬氧化物的結合能力。活性炭材料表面化學(xué)組成的不同，會(huì )對活性炭材料的酸堿性、潤濕性、吸附選擇性、催化特性等產(chǎn)生影響。活性炭材料吸附表面化學(xué)性質(zhì)的改性，可以通過(guò)表面氧化改性、表面還原改性以及負載金屬改性等進(jìn)行。
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    (1)表面氧化改性。表面氧化改性是指利用合適的氧化劑，在適當的溫度下，對活性炭材料表面的官能團進(jìn)行氧化處理，從而提高材料表面含氧官能團的含量，增強材料表面的親水性。常用的氧化劑主要有HN03、HC103和H2 02等。通過(guò)氧化改性的活性炭材料，其表面的幾何形狀變得更加均一。
    不同的氧化劑處理后，含氧官能團的數量和種類(lèi)不同，氧化程度越高，含氧官能團越多。氧化處理可以改變活性炭的孔隙結構，使比表面積、容積降低，孔隙變寬。而氧化處理在活性炭表面增加的羧基等酸性基團，也可通過(guò)高溫處理被去除，而且不影響由氧化引起的微孔變化。
    (2)表面還原改性。表面還原改性主要是通過(guò)還原劑在適當的溫度下，對活性炭表面的官能團進(jìn)行改性，從而提高含氧堿性基團的含量，以增強表面的非極性。常用的還原劑有H2、N2和NaOH等。在水處理過(guò)程中，由于經(jīng)過(guò)還原改性的活性炭表面堿性含氧基團大量增加，所以在一定程度上有助于對某些污染物質(zhì)，特別是有機物的吸附。
    (3)負載金屬改性。負載金屬改性是通過(guò)活性炭的還原性和吸附性，使金屬離子在活性炭的表面優(yōu)先吸附，再利用活性炭的還原性，將金屬離子還原成單質(zhì)或低價(jià)態(tài)的離子，通過(guò)金屬離子或金屬與被吸附物之間較強的結合力，從而增加活性炭對被吸附物的吸附性能。
    目前，常用的負載金屬離子包括銅離子、鐵離子等。活性炭表面存在金屬，還可以降低再生溫度和提高活性炭的再生效率。而且，活性炭材料作為催化劑載體，由于可以燃燒完全，可使金屬的回收成本很低，同時(shí)也不會(huì )造成二次污染。
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