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。活性炭的生產(chǎn)原料始于我國缺乏的林業(yè)，但一些企業(yè)家為尋求高利潤，只顧眼前利益，嚴重破壞了我國的生態(tài)環(huán)境，造成水土流失。所以，近年來，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)濟型材料在人類生存環(huán)境中發(fā)揮越來越重要的作用，廣泛應(yīng)用于化工、冶金、軍事防護和環(huán)境保護等各個領(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)晶部位容易進行化學(xué)反應(yīng)。微晶按三維空間連接時，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)晶部位更加強了他對外界物質(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物和有毒金屬，使廢水得到凈化。一項研究表明，活性炭主要吸附小分子質(zhì)量的有機物，特別是對質(zhì)量為1~5k（1k=1000u）的有機物吸附作用較強，因此，許多難以用生物法去除的有機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。我國沈陽自來水公司，用活性炭吸附技術(shù)過濾、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、型號的活性炭凈水器，用于工廠，飯店及家庭。
國外利用活性炭去除水中的污染物，也得到了成功的經(jīng)驗和較好的去除效果。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物已得到實際效果。
2.1.2 活性炭纖維
隨著活性炭的研究和實驗，20世紀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，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調(diào)整工藝參數(shù)進行控制，而且漏損小、濾阻小、體積密度小易制作。鑒于以上優(yōu)點，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模擬廢水中苯酚、對氯苯酚、對硝基苯酚的吸附特性。采用掃描電子顯微鏡對ACF的表面結(jié)構(gòu)進行了表征，通過靜態(tài)吸附試驗，采用吸附熱力學(xué)探討了ACF對苯酚、對氯苯酚、對硝基苯酚模擬廢水的機制，計算了有關(guān)的熱力學(xué)函數(shù)。結(jié)果表明，ACF對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%)<對氯苯酚(96%)<對硝基苯酚(99%)。活性炭纖維不僅能吸附廢水中的有機物，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還利用微生物分解機能進行廢水的凈化，是去除水中污染物的一種新方法。 生物活性炭的優(yōu)點在于先吸附后降解的獨特作用機理，使污染物停留時間與水力停留時間異值，在同等停留時間條件下，其污染物停留時間長因而處理效果好。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了。
2.2.2 臭氧-生物活性炭
生物活性碳吸附一般用來處理受污染水源的深度處理，但并不是廢水中所有有機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，因為臭氧是自然界較強的氧化劑之一，分子由3個氧原子組成，容易釋放1個氧原子，具有很強的氧化能力，用臭氧進行廢水處理有以下特點：
①在化學(xué)反應(yīng)總不會生成有害物質(zhì)，即使臭氧過量，也很快分解成氧氣，不會產(chǎn)生二次污染。
②在低濃度是亦具有強氧化作用，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明顯提高。孔令字等研究比較了臭氧-BAC和單獨活性炭(GAC)過濾對CODMn、UV254和TOC的去除效果以及兩套系統(tǒng)對提高水質(zhì)生物穩(wěn)定性的作用。研究發(fā)現(xiàn)，臭氧-BAC對COD、UV254和TOC的平均去除率比GAC分別高10.3%、11.1%、7.1%，對生物可同化有機碳的去除率大于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GAC柱對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，隨著活性炭的應(yīng)用日益廣泛，除了水處理部門將之運用到凈化水的研究之外，煤炭科學(xué)研究總院和國內(nèi)電力部門也已合作開展活性炭煙氣脫硫的研究。
目前，來自金屬冶煉工業(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嚴重的污染。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理有很多，一般都支持下述機理，他們認為活性炭在脫硫過程中不僅充當吸附劑，同時還充當催化劑及其載體。
C+O2→C-O
SO2+C→C-SO2
C-SO2+C-O→C-SO3
C-SO3+C-H2O→C-H2SO4+C
機理表明，O2和水蒸氣的量會影響脫硫的效率。而且，如果煙氣中含有氮氧化物時，也會影響脫硫效率。據(jù)報道，當用活性碳纖維同時脫硫脫硝時，SO2和NO會相互競爭碳表面的活性中心。所以，為了不浪費資源，提高吸附效率,改性活性炭就應(yīng)運而生。
如在活性炭表面負載金屬離子，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。
對于活性炭，我們不僅可以添加金屬離子到活性炭表面來提高其脫硫的效率，還可以利用強氧化劑來氧化活性炭表面的官能團，以增強表面的極性，從而增強活性炭對吸附質(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，但在從實驗室運用到工業(yè)生產(chǎn)中時也已經(jīng)出現(xiàn)了很多問題。
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，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)重于對有機物的研究，對于無機物的研究比較少。同時隨著各國人們環(huán)保意識的提高，活性炭的應(yīng)用越來越廣泛，所以對于今后的研究，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傳統(tǒng)的活性炭進行改性，調(diào)整孔隙結(jié)構(gòu),提高對特定吸附質(zhì)的吸附能力，以滿足不同行業(yè)的要求。