1、活性炭在在環(huán)境治治理和監(jiān)監(jiān)測方面面的應(yīng)用用現(xiàn)狀和和發(fā)展 葉 雅雅（華南師師范大學(xué)學(xué) 廣州州 51100006）摘要綜綜述了活活性炭在在環(huán)境保保護(hù)領(lǐng)域域的應(yīng)用用現(xiàn)狀。主要有有水處理理和氣體體處理，并展望望了活性性炭技術(shù)術(shù)的前景景和發(fā)展展趨勢。關(guān)鍵詞活活性炭 吸附 測定 新進(jìn)展展The Preesennt SSituuatiion andd Deevellopmmentt offEnvviroonmeentaal RRecooverry aand Monnitoor bby AActiivatted CarrbonnYe YYa(Depparttmennt oof CChemmisttry and

2、d Ennvirronmmentt, SSoutthChhinaaNorrmallUniiverrsitty, Guaangzzhouu 51100006, Chiina)Absttracct:TThe apppliccatiion of acttivaatedd caarboon iin eenviironnmenntall fiieldd waas rreviieweed，iinclludiing thee fiieldd off waaterr trreattmennt aand thee fiieldd off aiir ppolllutiion conntrool.Andd itte

3、xppecttsthhis treeatmmentts futturee annd ttenddenccy.Key Worrds: acctivvateed ccarbbonaadsoorpttionnmoniitorr ddeveeloppmennt1前言言活性炭這這種神奇奇的綠色色環(huán)保吸吸附材料料能夠更更廣泛地地應(yīng)用到到垃圾焚焚燒、室室內(nèi)空氣氣凈化、高速公公路隧道道以及大大城市交交通過密密地區(qū)的的空氣治治理等新新的領(lǐng)域域，應(yīng)當(dāng)當(dāng)在有效效降低其其成本的的同時，針對特特定的場場合和目目的有針針對性地地進(jìn)行改改性，使使其能夠夠更好地地應(yīng)用于于環(huán)境治治理.活性炭炭材料具具有獨特特的孔隙隙結(jié)構(gòu)和和表

4、面活活性官能能團(tuán)，化化學(xué)性質(zhì)質(zhì)穩(wěn)定，機(jī)械強(qiáng)強(qiáng)度高，耐酸、耐堿、耐熱，不溶于于水和有有機(jī)溶劑劑，使用用失效后后可以再再生，廣廣泛地應(yīng)應(yīng)用于環(huán)環(huán)保、化化工、食食品加工工、濕法法冶金、藥物精精制、軍軍事化學(xué)學(xué)防護(hù)等等各個領(lǐng)領(lǐng)域2活性性炭的結(jié)結(jié)構(gòu)和性性質(zhì)2.1 活性炭炭的孔隙隙結(jié)構(gòu)活性炭的的孔隙結(jié)結(jié)構(gòu)是指指孔隙容容積、孔孔徑分布布、表面面積和孔孔的形狀狀?？讖綇綇膸讉€個nm 的微孔孔到肉眼眼可以看看到的大大孔,孔徑分分布范圍圍很寬,孔的形形狀又是是各式各各樣的?；钚蕴刻康奈礁侥芰χ髦饕獩Q定定于活性性炭的孔孔結(jié)構(gòu),這就決決定了活活性炭具具有多種種多樣的的吸附能能力和催催化能力力，而對對吸附起起決定作作

5、用的則則是微孔孔。在氣氣相吸附附中,無論吸吸附分子子大小,基本上上存在微微孔中,吸附容容量在很很大程度度上取決決于微孔孔的多少少。1 圖11 活活性炭材材料的空空隙結(jié)構(gòu)構(gòu)模型2.2活活性炭的的表面化化學(xué)性質(zhì)質(zhì)表面化學(xué)學(xué)性質(zhì)的的不同對對活性炭炭的酸堿堿性、潤潤濕性、吸附選選擇性、催化特特性、電電性質(zhì)等等都產(chǎn)生生影響。因此,活性炭炭的表面面化學(xué)性性質(zhì)的研研究受到到人們的的高度重重視?；罨钚蕴康牡闹饕厥翘继?其次是是氧和氫氫。氧和和氫的存存在對活活性炭的的吸附性性能及其其它特性性有較大大影響,這些元元素多以以化學(xué)鍵鍵與碳原原子相結(jié)結(jié)合,在活性性炭表面面上形成成多種含含氧官能能團(tuán):酸性官官能團(tuán)、

6、中性官官能團(tuán)和和堿性官官能團(tuán),這也是是活性炭炭最主要要的活性性基團(tuán)。13活性性炭在環(huán)環(huán)保治理理、監(jiān)測測以及衛(wèi)衛(wèi)生方面面的應(yīng)用用3.1 作為吸吸附手段段3.1.1防毒毒面具及及濾毒通通風(fēng)裝置置活性炭用用于防毒毒面具始始于第一一次世界界大戰(zhàn),并且成成了推動動當(dāng)時活活性炭工工業(yè)發(fā)展展的重要要因素。但由于于氣體和和蒸汽狀狀化學(xué)毒毒劑的種種類最多多,分子結(jié)結(jié)構(gòu)和特特性各異異,單一的的作用難難以達(dá)到到全面濾濾毒的目目的,目前世世界各國國均將活活性炭分分別浸漬漬銅、銀銀、鋅等等金屬氧氧化物以以及吡啶啶、皮考考啉等制制成專用用活性炭炭催化劑劑。美國國稱作AASC 活性炭炭或急特特拉特活活性炭。3.1.2活性性

7、炭材料料在煙氣氣治理中中的應(yīng)用用煤炭燃燒燒在我國國能源構(gòu)構(gòu)成中占占有很大大的比例例，而煤煤燃燒過過程中排排放出的的SO22 和NOx(NOO 和N2OO)是主主要的大大氣污染染物，所所以煙氣氣污染是是我國亟亟需解決決的環(huán)境境問題.在紛繁繁復(fù)雜的的治理技技術(shù)中，活性炭炭材料脫脫硫脫硝硝因其處處理效果果好、投投資運行行費用低低、實現(xiàn)現(xiàn)“資源化化”、且易易于再生生利用等等優(yōu)點而而引人注注目. 尤其是是改性后后的活性性炭材料料其脫硫硫脫硝性性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于普普通的活活性炭材材料.13.1.2.11 SSO2是主要要的大氣氣污染物物,是造成成“酸雨”的主要要原因,活性炭炭吸附法法脫硫得得到了廣廣泛的應(yīng)應(yīng)用

8、。但但是,單一的的活性炭炭脫硫,速度慢慢,效率低低。提高高活性炭炭脫硫的的性能,改性活活性炭引引起重視視,它能克克服普通通活性炭炭的某些些缺點和和限制,被認(rèn)為為是最有有前景的的脫硫劑劑之一。氨由于于其較小小的分子子量并有有極性,而較難難被吸附附,因此,為了取取得較好好的吸附附效果,國內(nèi)外外學(xué)者研研制了數(shù)數(shù)種改性性活性炭炭。結(jié)果果表明,以亞鐵鐵鹽和銅銅鹽配方方處理的的活性炭炭對其有有很好的的吸附性性能。3.1.2.22 汞汞是易揮揮發(fā)的劇劇毒物質(zhì)質(zhì),對人體體危害極極大,因此汞汞蒸汽污污染的防防治是環(huán)環(huán)保的重重要課題題。經(jīng)化化學(xué)處理理的活性性炭可以以有效地地脫除空空氣或其其他載氣氣中的汞汞蒸汽。例

9、如,在活性性炭中添添加碘、銀或者者雙硫腙腙等的螯螯合劑,對汞蒸蒸汽的吸吸附能力力就會變變得非常常大。3.1.2.33 活活性炭材材料在空空氣凈化化中的應(yīng)應(yīng)用人們正在在開發(fā)各各種高效效空氣凈凈化器. 活性性炭材料料因其優(yōu)優(yōu)異的吸吸附性能能被廣泛泛地用作作空氣凈凈化器中中的吸附附劑3.1.3活性性炭在水水處理中中主要用用于：(1) 污水源源的凈化化.用活性性炭吸附附水中有有機(jī)物、顏色、臭味、油、苯苯酚等；(2) 有機(jī)工工業(yè)廢水水處理. 由于于活性炭炭對水中中的有機(jī)機(jī)物具有有突出的的去除能能力，對對一些難難以被生生物降解解的有機(jī)機(jī)物更有有獨特的的去除效效果而被被用于制制革廢水水處理、造紙染染料化工工

10、廢水處處理、焦焦化廢水水處理及及其他有有機(jī)廢水水處理中中.Toomasszewwskaa 等研研究了MMavmmee 河中的的有機(jī)污污染物后后指出：常規(guī)的的處理方方法不能能有效地地去除河河水中的的一些殺殺蟲劑等等物質(zhì)，而活性性炭則有有較好的的去除效效果，在在河水中中投入110 mmg/LL 的活活性炭可可以將引引起臭味味的土臭臭素(GGeossminn)和2甲基異異茨酸(MIBB)從66mgg/L 降到2mmg/LL；(3) 無機(jī)工工業(yè)廢水水處理. 某些些活性炭炭對于廢廢水中無無機(jī)重金金屬離子子具有一一定的選選擇吸附附能力. 如顆顆粒狀活活性炭對對于Agg, PPd2, Cdd2, CrOO4

11、2等等離子的的吸附去去除率可可達(dá)855%以上上. 對其其他金屬屬離子如如銻、鉍鉍、錫、汞、鈷鈷、鉛、鎳、鐵鐵等均具具有良好好的吸附附能力；(4) 飲用水水及微污污染水凈凈化領(lǐng)域域. 臭氧氧生物活活性炭工工藝以其其可以高高效去除除水中溶溶解性有有機(jī)物和和致癌突突變物、出水安安全、優(yōu)優(yōu)質(zhì)而備備受矚目目和重視視. 在這這種工藝藝中，活活性炭起起著生物物膜的載載體材料料的作用用，而且且活性炭炭可以很很快地把把臭氧分分解掉，使液體體中的溶溶解氧量量增加，穩(wěn)定了了微生物物的生息息環(huán)境，為好氣氣性微生生物的生生長提供供了保證證.對主要要污染物物都有良良好的去去除效果果，出水水清澈、無色，可以滿滿足多種種回收

12、使使用要求求. 分析析表明，大部分分還原性性污染物物通過生生物深度度處理而而被去除除，而微微量有機(jī)機(jī)物主要要由臭氧氧生物活活性炭去去除. 此工藝藝系統(tǒng)具具有除污污染效率率高、運運行穩(wěn)定定、抗沖沖擊能力力強(qiáng)等優(yōu)優(yōu)點.（5）甲甲醛類物物質(zhì)含有有羰基極極性基團(tuán)團(tuán),可以通通過在活活性炭表表面添加加一些含含2NH22 的親親水性有有機(jī)化合合物,以期通通過化學(xué)學(xué)吸附和和物理吸吸附共同同作用來來改善非非極性的的活性炭炭對醛類類物質(zhì)的的吸附性性能。23.2 作為監(jiān)監(jiān)測手段段舉例氡的的測定氡主要是是鐳、釷釷等元素素經(jīng)衰變而而產(chǎn)生散散逸到人人們的活活動空間間。它主主要通過過土壤和和巖石的的空隙自由運運動,從地下下

13、深處遷遷移到地地表。在在采用石石灰?guī)r、磷酸鹽鹽礦渣、磷石膏膏和煤渣渣磚建造造的房屋屋中,氡進(jìn)入入建筑物物的速率率可以高高達(dá)1002 BBqm3h1。所所以,在地鐵鐵、地下下室、隧隧道和礦礦井中氡氡的劑量量會維持持在一個個高水平平上,氡還溶溶于水,可從水水中釋放放出來。測定氡的的方法主主要有44類,即閃爍爍室法、雙濾膜膜法、電電場收集集子體法法和活性性炭法。其中由由于活性性炭法使使用簡便便,得到越越來越廣廣泛的應(yīng)應(yīng)用。南京大學(xué)學(xué)最近研研制出將將被動式式活性炭炭采樣改改為主動動式活性性炭采樣樣盒。以以高純鍺鍺譜儀測測量2222 RRn /2200Rn的的射線峰峰面積比比,經(jīng)計算算和校正正后得到到2

14、222 Rnn和2200 Rnn的濃度度。采樣樣盒由空空氣采樣樣泵、流流量計、活性炭炭盒(內(nèi)裝椰椰殼顆粒粒狀活性性炭)和時控控電路組組成。氡氡短壽命命子體2214 Po的的3522 keeV峰為為2222 Rnn特征峰峰,清晰可可辨,由此算算出2222 RRn濃度度。主動動式活性性炭采樣樣系統(tǒng)是是一種體體積小、耗時少少、操作作方便的的大氣氡氡采樣裝裝置,尤適用用于密閉閉空間(如隧道道、地下下室、地地鐵)中氡的的采樣。33.3在在環(huán)境衛(wèi)衛(wèi)生中的的應(yīng)用3.3.1室內(nèi)內(nèi)空氣凈凈化室內(nèi)空氣氣質(zhì)量是是影響人人體健康康的主要要環(huán)境因因素之一一。室內(nèi)內(nèi)空氣污污染物的的種類和和數(shù)量不不僅隨室室外空氣污污染狀況

15、況的變化化而變化化, 而且且與建筑筑物所處處的地理理位置、用途及及人們的的活動等等密切相相關(guān)。據(jù)調(diào)查監(jiān)監(jiān)測, 室內(nèi)空空氣中的的污染氣氣體多達(dá)達(dá)數(shù)十種種, 可分分為無機(jī)機(jī)污染氣氣體和有有機(jī)污染染氣體兩兩類。無機(jī)污染染氣體主主要有：SO2、CO、NOxx 、CO2等。有機(jī)污染染氣體主主要有: 易揮揮發(fā)性有有機(jī)化合合物,如甲醛醛、甲烷烷、乙烯烯、甲胺胺、丁烷烷、甲基基硫醇、乙醛、乙酸乙乙酯、乙乙酸丁酯酯、二氯氯甲烷等等; 揮發(fā)發(fā)性有機(jī)機(jī)化合物物, 如正正己烷、乙醇、苯、甲甲苯、三三氯乙烷烷、丁醇醇、二甲甲苯、檸檸檬烯等等; 半揮揮發(fā)性有有機(jī)化合合物, 如尼古古丁、磷磷酸三丁丁酯、鄰鄰苯二甲甲酸二丁丁

16、酯、鄰鄰苯二甲甲酸二辛辛酯等。業(yè)已證證實, 活性炭纖維對對上述污污染氣體體的吸附附清除能能力遠(yuǎn)大大于顆粒粒狀活性性炭。以以活性炭炭纖維為為濾材的的空氣過過濾器對對二氧化化硫和氮氮氧化物物的最大大去除率率分別為為90.14 % 和76.16 % , 使室內(nèi)內(nèi)空氣質(zhì)質(zhì)量達(dá)到到規(guī)定的的衛(wèi)生要要求。由由此可見見, 活性性炭纖維維作為凈凈化室內(nèi)內(nèi)空氣的的功能性性材料具具有廣泛泛的應(yīng)用用前景。3.3.2勞動動防護(hù)用活性炭炭纖維氈氈作為夾夾層的防防毒、防防化口罩罩已經(jīng)面面市?；罨钚蕴坷w纖維與超超細(xì)纖維維結(jié)合而而成的復(fù)復(fù)合材料具具有高強(qiáng)強(qiáng)度的過過濾性能能和疏水水性, 用作口口罩的罩罩芯還可可起到隔隔離細(xì)菌菌的

17、屏障障作用, 從而而使得用用該復(fù)合合材料制制成的口口罩具有有防毒、防化、防塵和和防菌的的綜合效效能。負(fù)負(fù)載鉑、鈀等金金屬離子子的活性性炭纖維維能選擇擇性地除除去一氧氧化碳, 可用用于制作作防災(zāi)用用口罩。83.3.3個人人生理衛(wèi)衛(wèi)生人體氣味味包括腋腋臭、汗汗臭及排排泄物的的氣味等等, 惡臭臭的組分分主要是是胺類化化合物、硫醇類類化合物物和低級脂脂肪酸等等。大量量的試驗驗研究已已經(jīng)證明明, 活性性炭纖維維對惡臭臭氣體的的吸附能能力明顯顯大于顆顆粒狀活活性炭, 具有有優(yōu)良的的除臭效效果。同同時, 活性炭炭纖維還還具有透透氣、吸吸汗、耐耐洗滌等等優(yōu)良性性能, 因而, 活活性炭纖纖維可作作為吸收收人體氣

18、氣味的襯襯墊材料料, 置于于服裝的的相應(yīng)部部位, 達(dá)到除除臭的目目的。此此外, 活活性炭纖纖維材料料還可用用作老年年患者的的坐墊或或?qū)媺|等等。利用用活性炭炭纖維的的除臭性性能, 可將其其與紙漿漿混合生生產(chǎn)出具具有獨特特功能的的活性炭炭纖維紙紙, 繼而而廣泛地地用于紙紙質(zhì)生理理衛(wèi)生用用品。4化妝品中中含有大大量的乙乙醇(770% ) ,其同系系物甲醇醇也時常常被檢出出,我國化化妝品衛(wèi)衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)規(guī)定甲甲醇為限限用物質(zhì)質(zhì).有研究究應(yīng)用活活性炭纖纖維型固固相微萃萃取器定定量分析析化妝品品中的甲甲醇，利利用ACCF2SPMME法對對化妝品品中的甲甲醇進(jìn)行行了分析析. 結(jié)果果表明它有很很大的吸吸附容量量和

19、較高高的靈敏敏度55隨著我國國社會經(jīng)經(jīng)濟(jì)的發(fā)發(fā)展, 人們對對生活質(zhì)質(zhì)量的要要求越來來越高, 對環(huán)環(huán)境衛(wèi)生生質(zhì)量及及其重要要性的認(rèn)認(rèn)識也將將更加深深入, 活性炭炭纖維在在環(huán)境衛(wèi)衛(wèi)生領(lǐng)域域的應(yīng)用用必將更更為廣泛泛。4.活性性炭材料料的新進(jìn)進(jìn)展傳統(tǒng)的炭炭材料為為粉狀或或顆粒狀狀活性炭炭，隨著著研究的的深入，出現(xiàn)了了許多新新型炭材材料，有有的已經(jīng)經(jīng)在環(huán)境境工程中中得到了了應(yīng)用。甚至在在作為環(huán)環(huán)境相容容材料，在仿生生材料、綠色包包裝、生生態(tài)建材材等方面面也極具具前景。4.1 活性炭炭纖維（ACFF）ACF是是繼粉狀狀活性炭炭、粒狀狀活性炭炭之后的的第三代代活性炭炭材料，已實現(xiàn)現(xiàn)了工業(yè)業(yè)化生產(chǎn)產(chǎn)和應(yīng)用用。

20、ACCF具有有比表面面積大，吸附、脫附速速度非常常快，重重量輕，生成碳碳粉塵少少的優(yōu)點點，還可可以加工工成各種種不同的的形狀，可與其其他性能能的材料料形成復(fù)復(fù)合材料料，容易易再生再再利用。ACFF活化生生成的孔孔隙中990以以上是微微孔，為為ACFF提供了了巨大的的比表面面積。AACF具具有脫除除氮氧化化物的能能力，因因此應(yīng)用用ACFF可以實實現(xiàn)脫硫硫脫硝。ACFF還廣泛泛應(yīng)用于于飲用水水凈化、勞動防防護(hù)、環(huán)環(huán)境監(jiān)測測、溶液液回收等等方面。74.2 中間相相微球活活性炭這種產(chǎn)品品比表面面積高達(dá)達(dá)50000m22/g，可可用于存存儲甲烷烷、天然然氣，或或用于分分離COO2和其他他大氣成成分。4.3 膨脹石石墨膨脹石墨墨具有高高化學(xué)穩(wěn)穩(wěn)定性、耐高溫溫低溫、耐腐蝕蝕、導(dǎo)電電、導(dǎo)熱熱、安全全無毒，還有高高比表面面積、高高表面活活性，具具有良好好的吸附附性能。它對低低濃度的的NOxx、SOOx以及甲甲烷等有有機(jī)蒸汽汽有明顯顯的吸附附效果，并且再再生處理理非常簡簡單，經(jīng)經(jīng)濟(jì)性好好。膨脹脹石墨能能選擇性性的除去去水中的的非水性性溶液，能被用用于海上上吸附浮浮油。4.4 納米碳碳管納米碳管管具有獨獨特的性性質(zhì)，可可以再不不同的領(lǐng)領(lǐng)域得到到應(yīng)用。如用做做電子槍槍、電子子開關(guān)、超級纖纖維、高高溫部件件的防