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，并重新結合成穩(wěn)定的具有發(fā)達微孔的結構。活化可使微孔擴大形成許多大小不同的孔隙，孔隙表面一部分被燒掉，結構出現(xiàn)不完整，加之灰分和其他雜原子的存在，使活性炭的基本結構產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、溶劑可到達表面)；2：中孔(吸附質、溶劑可到達表面)，3：微孔(小分子吸附質、溶劑可到達表面)根據(jù)國際化學凈化和應用協(xié)會(InternationalUnionofPureandAppliedChemistry)的分類。大孔主要是溶質到達活性炭內部的通道；中孔同時起到吸附作用和通道作用，對大分子的溶質的吸附有可能堵塞小分子溶質進入微孔的通道，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。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，用化學和物理化學分析方法，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，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吸附作用不強，但當水中含有極性更強的物質時，這些物質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)，吸附質通過一種相當弱的力結合到吸附劑表面上，在這種吸附中，被吸附分子的化學性質保持不變，吸附質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之間有電子交換或共享而發(fā)生的化學反應，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果。

    在水質控制中，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。當含有有機污染物等雜質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，然后通過活性炭內部的細孔擴散到吸附表面，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、吸附質濃度、存在競爭性物質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，水溫越低，吸附效果越好。溶液中存在多種混和溶質時，被吸附的各種溶質，有的能夠相互誘發(fā)吸附，有的能相當獨立的被吸附，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；(2)溶質的吸附親和性相差不大；(3)溶質之間不會發(fā)生特定的相互反應去誘發(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的相對濃度等因素有關。