粉末活性炭及其凈水機理

    粉末活性炭幾乎可以用含碳的任何物質(zhì)作為原料來制造，制造過程分為碳化和活化兩個部分。碳化可以使得原料分解放出水氣、一氧化碳、二氧化碳和氫等，使原材料分解成碎片，并重新結(jié)合成穩(wěn)定的具有發(fā)達微孔的結(jié)構(gòu)?；罨墒刮⒖讛U大形成許多大小不同的孔隙，孔隙表面一部分被燒掉，結(jié)構(gòu)出現(xiàn)不完整，加之灰分和其他雜原子的存在，使活性炭的基本結(jié)構(gòu)產(chǎn)生缺陷和不飽和價鍵，使氧和其他雜原子吸附在這些缺陷上，因而使得活性炭產(chǎn)生了各種各樣的吸附特性。

    活性炭孔徑可分為微孔、中孔和大孔，1：大孔(微生物、吸附質(zhì)、溶劑可到達表面)；2：中孔(吸附質(zhì)、溶劑可到達表面)，3：微孔(小分子吸附質(zhì)、溶劑可到達表面)根據(jù)國際化學(xué)凈化和應(yīng)用協(xié)會(InternationalUnionofPureandAppliedChemistry)的分類。大孔主要是溶質(zhì)到達活性炭內(nèi)部的通道；中孔同時起到吸附作用和通道作用，對大分子的溶質(zhì)的吸附有可能堵塞小分子溶質(zhì)進入微孔的通道，微孔占活性炭表面積的主要部分，是活性炭吸附微污染物的主要作用點。

    活性炭的孔徑分布可能大不相同，據(jù)此人們把活性炭分為大孔型活性炭和微孔型活性炭。粉末活性炭是一種優(yōu)良的吸附劑，目前廣泛用于去除水中臭味，天然和合成的有機物以及微污染物質(zhì)。粉末活性炭在水中具有吸附能力在于其巨大的比表面積。與活性炭吸附能力最直接相關(guān)的因素是表面的官能團的性能。一般把活性炭的表面官能團分成酸性和堿性兩大類，用化學(xué)和物理化學(xué)分析方法，發(fā)現(xiàn)活性炭表面的官能團有羧基、羥基、酚基，羰基等。酸性官能團使活性炭具有極性的性質(zhì)，因此傾向于吸附極性較強的化合物。特別是類似羧基的基團，易于吸附帶極性的水，因而對水中非極性物質(zhì)吸附作用不強，但當(dāng)水中含有極性更強的物質(zhì)時，這些物質(zhì)可以置換水而被吸附。

    活性炭對污染物的吸附有兩種方式：一種是范德華吸附(即物理吸附)，吸附質(zhì)通過一種相當(dāng)弱的力結(jié)合到吸附劑表面上，在這種吸附中，被吸附分子的化學(xué)性質(zhì)保持不變，吸附質(zhì)可相對于吸附劑自由移動，吸附是可逆的；另一種方式是化學(xué)吸附，前面已經(jīng)提到，活性炭在制造過程中炭表面能生成一些官能團，這些官能團使活性炭表面和吸附質(zhì)之間有電子交換或共享而發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)，這種吸附是不可逆的。在水處理過程中，活性炭對有機物的吸附過程常為兩種吸附作用的綜合結(jié)果。

    在水質(zhì)控制中，采用活性炭等固體吸附劑來吸附去除水溶液中溶解性的有機物時，吸附速度是一個極其重要的因素。當(dāng)含有有機污染物等雜質(zhì)的水與活性炭接觸時，水中溶解的有機物先擴散到活性炭的外表面，然后通過活性炭內(nèi)部的細(xì)孔擴散到吸附表面，在表面作用下與吸附表面發(fā)生吸附結(jié)合，使原水得以凈化?？傮w說來，吸附作用可分為擴散和吸附兩個階段。

    吸附階段反應(yīng)速度極快，因此，吸附速度主要由擴散過程控制，溶液條件如pH值、溫度、吸附質(zhì)濃度、存在競爭性物質(zhì)及溶劑的極性等也都會影響活性炭的吸附功能。一般來說括性炭對水中典型有機污染物的吸附，將隨著pH值的降低而增加?。由于吸附是放熱反應(yīng)，水溫越低，吸附效果越好。溶液中存在多種混和溶質(zhì)時，被吸附的各種溶質(zhì)，有的能夠相互誘發(fā)吸附，有的能相當(dāng)獨立的被吸附，有的則相互干擾，競爭吸附。下述條件下將發(fā)生吸附容量的相互抑制：(1)吸附作用發(fā)生在單一或極少的分子層內(nèi)；(2)溶質(zhì)的吸附親和性相差不大；(3)溶質(zhì)之間不會發(fā)生特定的相互反應(yīng)去誘發(fā)吸附。競爭性表明被吸附物的相互抑制程度，與被吸附分子的相對尺寸和相對親和性以及溶質(zhì)的相對濃度等因素有關(guān)。