活性炭在環(huán)境保護(hù)方面的應(yīng)用

活性炭作為一種重要的碳素材料，由微晶炭和無定形炭構(gòu)成，含有數(shù)量不等的灰分，是一種黑色多孔固體，孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)達(dá)，具有巨大的比表面積和超強(qiáng)的吸附能力，比表面積一般可高達(dá)1000-3000m2/g，對氣體、溶液中的無機(jī)或有機(jī)物質(zhì)及膠體顆粒等都有很強(qiáng)的吸附能力。作為一種性質(zhì)優(yōu)良的吸附劑，活性炭具有獨(dú)特的孔隙結(jié)構(gòu)和表面活性官能團(tuán)，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，機(jī)械強(qiáng)度高，耐酸、耐堿、耐熱，不溶于水和有機(jī)溶劑，使用失效后可以再生，廣泛地應(yīng)用于環(huán)保、化工、食品加工、濕法冶金、藥物精制、軍事化學(xué)防護(hù)等各個領(lǐng)域，已經(jīng)成為國民經(jīng)濟(jì)和國防建設(shè)以及人們?nèi)粘Ｉ�活必不可少的重要產(chǎn)品。隨著世界范圍內(nèi)工業(yè)技術(shù)的快速發(fā)展，近年來環(huán)境污染日益嚴(yán)重。而活性炭在治理環(huán)境污染方面則越來越顯示出誘人的前景。在環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域，活性炭已經(jīng)成為一種極其重要的吸附劑，被廣泛用于污水處理、大氣污染防治等各個方面。 一、水處理 水處理是環(huán)境保護(hù)的重點(diǎn)。發(fā)達(dá)國家水處理方面的活性炭用量占其總用量的40%左右。我國雖然有11萬t的產(chǎn)量，但出口7萬t，真正用于國內(nèi)環(huán)境保護(hù)的活性炭用量最多只有生產(chǎn)量的1/10左右。活性炭在水處理方面的最早應(yīng)用是美國于1932年底開始的，用于芝加哥的自來水處理，并很快在各地自來水廠普及。然后又推廣到工業(yè)用水、城市下水和工業(yè)廢水處理等方面。 （1）上水處理 水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)最嚴(yán)格的是飲用水和上水源水。它對水中的微量有毒成分、pH、大腸桿菌、生物耗氧量、臭味等都有相應(yīng)的嚴(yán)格要求。自來水用活性炭處理，可以除去有機(jī)雜質(zhì)、各種臭味，這比用氯和漂白粉處理好，它不會造成含氯碳?xì)浠�合�?如氯甲烷)的形成。此外，活性炭處理自來水不會導(dǎo)致Ca、Mg的損失。隨著科技的進(jìn)步，人們對飲用水的質(zhì)量要求越來越嚴(yán)格。原來指標(biāo)意義上的城市自來水已經(jīng)不適合人類飲用，越來越多的國家和地區(qū)已對自來水的經(jīng)營企業(yè)做出更加嚴(yán)格的規(guī)定，例如美國就嚴(yán)格規(guī)定，城鎮(zhèn)自來水廠如不采用活性炭處理就不準(zhǔn)賣水。我國絕大多數(shù)城市飲用水達(dá)不到世界衛(wèi)生組織規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)，其主要原因就是我國的自來水供給行業(yè)受成本限制，在水處理過程中只采用了少量活性炭或根本不用活性炭。 （2）工業(yè)用水的處理 工業(yè)用水因使用目的不同而有不同的標(biāo)準(zhǔn)。高純度水主要應(yīng)用于電子工業(yè)、化學(xué)工業(yè)、醫(yī)藥工業(yè)。無論采用何種方法獲得高純度水，活性炭處理必然是不可缺少的一個環(huán)節(jié)。活性炭處理主要是除去有機(jī)物、膠質(zhì)、農(nóng)藥殘留物、游離氯、致“熱原”和少量的二氧化碳和氧等氣體。(去除氣體對高壓或臨界狀態(tài)運(yùn)行的發(fā)電鍋爐尤為重要)   （3）城市居民生活污水的處理 隨著人類文明的進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城市化進(jìn)程必然加速，這就使城市居民生活污水污染水源的問題變得尤為嚴(yán)重。為了治理城市居民生活污水，一般采用“二級”或“三級”處理，活性炭通常用于三級處理中的第三級處理，經(jīng)過三級處理的水質(zhì)可達(dá)到總有機(jī)碳含量＜5mg/L，高錳酸鹽指數(shù)＜10mg/L，從而大大減輕對環(huán)境的破壞程度。 城鎮(zhèn)污水處理 （4）工業(yè)廢水的處理 工業(yè)廢水的處理是環(huán)境保護(hù)的重大課題之一。由于工業(yè)企業(yè)的門類很多，不同工廠企業(yè)生產(chǎn)的產(chǎn)品不同，工業(yè)廢水的水量和所含污染物也千差萬別，但絕大多數(shù)都有毒害作用。工業(yè)廢水處理通常也分為“二級”和“三級”處理。工業(yè)廢水處理凈化后，不僅能防止對江河湖海的污染，同時可以回收部分有用物質(zhì)，可以部分或全部將生產(chǎn)用水回用，對能源和資源都是莫大的節(jié)約。特別是對嚴(yán)重缺水的國家和地區(qū)尤為值得重視。活性炭吸附法作為工業(yè)廢水深度處理的一種重要方法或環(huán)節(jié)，絕大多數(shù)用在第三級，但也有少量用于只有二級處理的第二級。　   二、氣體污染防治 （1）室內(nèi)空氣污染的防治 人們的日常生活，如居室、廚房、廁所以及公共場所等，由于人們的生活活動，都會給自己的生活小環(huán)境的空氣帶來一定程度的污染。其污染物主要是少量的H2S、SO2、CO、CO2、氮氧化物、NH3、居室裝潢的揮發(fā)性溶劑、油煙及汗酸臭味等等。采用活性炭吸附過濾法最為合適，通常是用活性炭過濾和空調(diào)、換氣設(shè)備聯(lián)用的方法。建議研制吸附性能好、流體阻力小的活性炭制品，嵌裝在空調(diào)或換氣設(shè)備(吸排油煙)的氣體入口位置，可能會收到理想效果，如能加上定期更換的服務(wù)定會大受歡迎。 室內(nèi)空氣污染防治 （2）煙氣脫硫 煤和石油的使用都造成硫的排放，由其引起的全球的硫污染已經(jīng)成為大氣污染防治的一個重要內(nèi)容。我國70%的能源來自燃煤，硫已經(jīng)成為我國大氣污染的主要污染源。據(jù)國家有關(guān)部門的統(tǒng)計，我國絕大部分大中城市和近三分之一的國土都受到酸雨的危害，有個別城市酸雨的pH已達(dá)到4。防治酸雨已成為我國環(huán)境保護(hù)的緊迫內(nèi)容。要治理硫的污染有兩條路可選：一是盡可能采用含硫低或不含硫能源，二是煙氣脫硫。煙氣脫硫目前有3種技術(shù)路線：石灰乳中和、高壓電場氧化和活性炭脫硫，其原理如下： Ca(OH)2+SO2→CaSO3+H2， 2SO2+O2（高壓電廠或活性炭）→2SO3， SO3+2H2O→H2SO4， 2H2S+O2→2S+2H2O。 3種方法各有利弊，石灰乳中和法具有上馬快、易操作的優(yōu)點(diǎn)，但生成物為亞石膏，二次處理只能摻入做水泥，硫元素沒有很好利用；高壓電場法具有設(shè)備簡單、硫利用好，這是近年來才研究成功的方法，所得稀硫酸加氨水中和生成硫酸銨作為肥料，但硫化氫脫除有一定困難；活性炭脫硫國內(nèi)外均比較成熟，而且可以脫除SO2、H2S和有機(jī)硫。國外大型煙氣脫硫(如電廠脫硫)和國內(nèi)化肥廠的合成氣脫硫大多采用活性炭脫硫工藝。   有研究表明：活性炭脫硫率與活性炭表面含氧基團(tuán)有關(guān)，主要與“=Ｃ=Ｏ”(烯酮基)有關(guān)。此外，活性炭擔(dān)載氧化鋁、硫酸錳、水楊酸和胺基可提高煙氣脫硫能力。 （3）汽車尾氣污染防治 研究表明：汽車已經(jīng)成為城市空氣的重要污染源之一，據(jù)測定，汽車燃油揮發(fā)物造成的污染占汽車總污染的30%-40%，占尾氣排氣污染的60%-70%。燃油揮發(fā)物和排氣中的碳?xì)浠�合物在紫外線照射下會造成光煙霧污染。此外燃油的揮發(fā)既浪費(fèi)了能源，也給司機(jī)和乘客帶來了不愉快的氣味。發(fā)達(dá)國家，如美、日、西歐各國早在20世紀(jì)70年代就用活性炭吸附的燃油蒸發(fā)控制裝置(ELCD)來解決這一問題。我國近年來也正在進(jìn)行這方面的研究開發(fā)。   三、活性炭應(yīng)用展望 預(yù)測本世紀(jì)活性炭的用途主要還是水處理方面，但是使用活性炭的國家將從發(fā)達(dá)國家轉(zhuǎn)向一些較發(fā)達(dá)國家，如阿根廷、巴西和墨西哥等國。預(yù)計2003年，世界活性炭產(chǎn)量在現(xiàn)有基礎(chǔ)上將再增加12萬ｔ，發(fā)達(dá)國家的增長速率可達(dá)4%，而發(fā)展中國家可能達(dá)到10%。活性炭價格也會穩(wěn)中有升。可以預(yù)料由于工業(yè)的蓬勃發(fā)展，世界人口的增長、生活條件的改善、環(huán)境保護(hù)意識的加強(qiáng)以及水資源的緊缺，都將刺激活性炭工業(yè)的發(fā)展，深加工活性炭、高檔活性炭將會有更大的市場。隨著生活條件的改善、環(huán)境保護(hù)意識的加強(qiáng)以及水資源的緊缺，都將刺激活性炭工業(yè)的發(fā)展，深加工活性炭、高檔活性炭將會有更大的市場。