活(huo)(huo)性(xing)炭(tan)對(dui)水(shui)中氨氮(dan)(dan)的(de)吸(xi)附性(xing)能受活(huo)(huo)性(xing)炭(tan)的(de)基本結構和表面化(hua)學性(xing)質影響(xiang)。未改(gai)性(xing)活(huo)(huo)性(xing)炭(tan)主(zhu)要通過(guo)物理吸(xi)附對(dui)水(shui)中氨氮(dan)(dan)進行去除，吸(xi)附性(xing)能相對(dui)較弱(ruo)；改(gai)性(xing)活(huo)(huo)性(xing)炭(tan)對(dui)水(shui)中氨氮(dan)(dan)的(de)吸(xi)附能力有所增強。活(huo)(huo)性(xing)炭(tan)改(gai)性(xing)途徑主(zhu)要有兩種：

一是(shi)對(dui)原材(cai)料(liao)進行改性后制(zhi)備(bei)活性炭；

二是直接對(dui)成品活性炭進行(xing)改性。

引言

水(shui)體(ti)中的(de)氮具(ju)有(you)很大(da)危害，它可以導致水(shui)體(ti)酸(suan)化(hua)、造成水(shui)體(ti)富營養化(hua)、損害水(shui)生(sheng)(sheng)動物(wu)生(sheng)(sheng)長和繁殖的(de)能力(li)，對人類健(jian)康也有(you)一定程度(du)的(de)不良影響。污水(shui)處(chu)理(li)中去除氨氮至關重要。而(er)近年來，我國生(sheng)(sheng)活污水(shui)和化(hua)工、冶金等工業廢水(shui)中氨氮的(de)含(han)量上(shang)升(sheng)，亟待經濟高(gao)效的(de)處(chu)理(li)方法(fa)進(jin)行(xing)解決。

對高濃(nong)度氨氮廢(fei)(fei)水(shui)(shui)進行(xing)處(chu)(chu)(chu)理一般采(cai)用吹脫(tuo)法(fa)、化(hua)學沉淀(dian)法(fa)、高級氧化(hua)法(fa)和(he)新型生(sheng)物脫(tuo)氮法(fa)等(deng)；較低(di)(di)濃(nong)度氨氮廢(fei)(fei)水(shui)(shui)則采(cai)取傳統生(sheng)物法(fa)、折(zhe)點氯化(hua)法(fa)、膜(mo)分離法(fa)和(he)吸(xi)附法(fa)等(deng)。而高濃(nong)度氨氮廢(fei)(fei)水(shui)(shui)需經(jing)過初步處(chu)(chu)(chu)理轉換(huan)為較低(di)(di)濃(nong)度，再對低(di)(di)濃(nong)度氨氮廢(fei)(fei)水(shui)(shui)進行(xing)后(hou)續處(chu)(chu)(chu)理。故(gu)低(di)(di)濃(nong)度氨氮廢(fei)(fei)水(shui)(shui)的(de)處(chu)(chu)(chu)理成為關鍵。

活性(xing)炭(tan)(tan)吸附(fu)法在處理低濃度(du)氨氮中應用比較廣(guang)泛(fan)，且活性(xing)炭(tan)(tan)種類繁多，通過(guo)不(bu)同途徑改性(xing)的(de)活性(xing)炭(tan)(tan)對水中氨氮的(de)吸附(fu)性(xing)能(neng)有(you)不(bu)同程度(du)地提高，具有(you)廣(guang)闊的(de)發展(zhan)前(qian)景，值得研究。

1、未改性(xing)(xing)活性(xing)(xing)炭吸附水中氨氮(dan)性(xing)(xing)能與活性(xing)(xing)炭吸附性(xing)(xing)能有關的因素有二

一是活性炭的基本結構

活(huo)性炭(tan)(tan)屬(shu)于微晶形炭(tan)(tan)，與石墨結構相似，但完整性較差，因此產生孔(kong)隙；活(huo)性炭(tan)(tan)在活(huo)化時，無組(zu)織(zhi)的(de)炭(tan)(tan)素(su)和(he)炭(tan)(tan)成(cheng)分(fen)被消耗，形成(cheng)大量的(de)孔(kong)隙。孔(kong)隙的(de)形狀和(he)分(fen)布情況及孔(kong)隙壁的(de)總面積是(shi)活(huo)性炭(tan)(tan)吸附量的(de)重要因素(su)。

二是(shi)活性炭的表面化學性質

活性炭(tan)的(de)化(hua)學組成主(zhu)要(yao)包括炭(tan)素(su)、化(hua)學結(jie)合的(de)元(yuan)素(su)和灰分。當(dang)炭(tan)素(su)的(de)基(ji)本(ben)微晶結(jie)構規則時，由范(fan)德華(hua)力起(qi)作用，表現為物理吸(xi)附。不(bu)規則時有(you)兩種情況，如果因為雜原(yuan)子(zi)(zi)的(de)存(cun)在(zai)，則形成官(guan)(guan)能(neng)團(tuan)，“修飾”炭(tan)表面而改變(bian)其(qi)吸(xi)附特性；如果因為其(qi)微晶中存(cun)在(zai)不(bu)完全的(de)石墨層，則改變(bian)炭(tan)素(su)骨(gu)架上(shang)的(de)電子(zi)(zi)云，產生不(bu)飽和原(yuan)子(zi)(zi)價，從而影響(xiang)其(qi)對(dui)(dui)極性物質的(de)吸(xi)附。化(hua)學結(jie)合的(de)元(yuan)素(su)以氫、氧為主(zhu)，羥基(ji)、羧基(ji)等官(guan)(guan)能(neng)團(tuan)的(de)存(cun)在(zai)增強了(le)其(qi)吸(xi)附性能(neng)，但未(wei)改性的(de)活性炭(tan)官(guan)(guan)能(neng)團(tuan)種類和數量相對(dui)(dui)較(jiao)少(shao)。

未改性活(huo)性炭(tan)對(dui)(dui)水(shui)(shui)中(zhong)氨氮(dan)的(de)(de)吸(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)(fu)主要依靠物理吸(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)(fu)，吸(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)(fu)性能相對(dui)(dui)較(jiao)弱。于群等于海洋環境與生態教(jiao)育部重點實驗室(shi)通(tong)過(guo)燒(shao)杯試驗以(yi)粉末活(huo)性炭(tan)和膨(peng)潤(run)土(tu)(tu)對(dui)(dui)人工配(pei)水(shui)(shui)模(mo)擬受污(wu)染河水(shui)(shui)進(jin)行(xing)吸(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)(fu)，研究(jiu)發現：粉末活(huo)性炭(tan)對(dui)(dui)氨氮(dan)的(de)(de)最(zui)大(da)吸(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)(fu)量為2.3mg/g，且在吸(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)(fu)20min后達到(dao)飽(bao)和，吸(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)(fu)容量小于膨(peng)潤(run)土(tu)(tu)的(de)(de)5.57mg/g，吸(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)(fu)飽(bao)和時間也小于膨(peng)潤(run)土(tu)(tu)的(de)(de)3h。這是因為膨(peng)潤(run)土(tu)(tu)的(de)(de)主要成分為蒙(meng)脫(tuo)石(shi)，除了具有(you)很大(da)的(de)(de)內(nei)比表面(mian)積(ji)，還有(you)較(jiao)強的(de)(de)離(li)子(zi)交(jiao)換(huan)性。田琳等通(tong)過(guo)燒(shao)杯試驗以(yi)顆粒(li)活(huo)性炭(tan)和天然(ran)沸(fei)石(shi)對(dui)(dui)人工配(pei)水(shui)(shui)模(mo)擬氨氮(dan)廢水(shui)(shui)進(jin)行(xing)吸(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)(fu)，發現顆粒(li)型活(huo)性炭(tan)對(dui)(dui)氨氮(dan)的(de)(de)最(zui)大(da)吸(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)(fu)量不(bu)足(zu)0.6mg/g，小于天然(ran)沸(fei)石(shi)的(de)(de)1.2mg/g。 因為沸(fei)石(shi)不(bu)僅具有(you)巨大(da)的(de)(de)比表面(mian)積(ji)和強烈的(de)(de)靜電吸(xi)(xi)(xi)引(yin)力，還具有(you)離(li)子(zi)交(jiao)換(huan)性。

2、改性活性炭(tan)吸附水中(zhong)氨氮性能

活(huo)(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)(tan)改(gai)(gai)(gai)(gai)(gai)性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)方法(fa)有(you)(you)酸(suan)(suan)改(gai)(gai)(gai)(gai)(gai)性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)、堿改(gai)(gai)(gai)(gai)(gai)性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)、負(fu)(fu)載(zai)改(gai)(gai)(gai)(gai)(gai)性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)、等(deng)離子(zi)(zi)體改(gai)(gai)(gai)(gai)(gai)性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)、加熱改(gai)(gai)(gai)(gai)(gai)性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)、超低溫(wen)(wen)預處理+迅速升溫(wen)(wen)、納米(mi)銀離子(zi)(zi)負(fu)(fu)載(zai)處理等(deng)。目前(qian)針對(dui)(dui)吸附水(shui)中氨(an)(an)氮的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)活(huo)(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)(tan)改(gai)(gai)(gai)(gai)(gai)性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)常(chang)用的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)方法(fa)是(shi)(shi)酸(suan)(suan)改(gai)(gai)(gai)(gai)(gai)性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)和(he)負(fu)(fu)載(zai)改(gai)(gai)(gai)(gai)(gai)性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)，酸(suan)(suan)改(gai)(gai)(gai)(gai)(gai)性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)主(zhu)要是(shi)(shi)使活(huo)(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)(tan)表面產生大量新(xin)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)微(wei)孔并將已有(you)(you)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)微(wei)孔轉化為中孔，且(qie)增加活(huo)(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)(tan)表面酸(suan)(suan)性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)官(guan)能(neng)團的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)種類和(he)數量，由(you)酸(suan)(suan)性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)官(guan)能(neng)團與氨(an)(an)分(fen)子(zi)(zi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)化學(xue)作用促進活(huo)(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)(tan)對(dui)(dui)氨(an)(an)氮的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)吸附能(neng)力。酸(suan)(suan)改(gai)(gai)(gai)(gai)(gai)性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)既可以應(ying)用于制(zhi)備活(huo)(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)(tan)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)原材料，又可以應(ying)用于成品(pin)活(huo)(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)(tan)；負(fu)(fu)載(zai)改(gai)(gai)(gai)(gai)(gai)性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)是(shi)(shi)在(zai)活(huo)(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)(tan)表面增加可與銨(an)根離子(zi)(zi)或氨(an)(an)分(fen)子(zi)(zi)反應(ying)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)原子(zi)(zi)或化合物(wu)，從而改(gai)(gai)(gai)(gai)(gai)善活(huo)(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)(tan)對(dui)(dui)氨(an)(an)氮的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)吸附性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)能(neng)。負(fu)(fu)載(zai)改(gai)(gai)(gai)(gai)(gai)性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)一般(ban)應(ying)用于成品(pin)活(huo)(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)(tan)。

2.1 活性(xing)炭(tan)制備的原材料改(gai)性(xing)

制備活(huo)(huo)(huo)性炭(tan)需對原材料進行炭(tan)化(hua)(hua)(hua)(hua)和活(huo)(huo)(huo)化(hua)(hua)(hua)(hua)，炭(tan)化(hua)(hua)(hua)(hua)通常是在氮(dan)氣氛(fen)圍中加熱升溫(wen)，使原材料中可揮發(fa)的(de)(de)(de)非碳組分被排出并形成亂層類的(de)(de)(de)石墨結構；活(huo)(huo)(huo)化(hua)(hua)(hua)(hua)即對原材料改性，通過(guo)使用(yong)活(huo)(huo)(huo)化(hua)(hua)(hua)(hua)劑在一定活(huo)(huo)(huo)化(hua)(hua)(hua)(hua)溫(wen)度下使炭(tan)化(hua)(hua)(hua)(hua)產物生(sheng)成大(da)量的(de)(de)(de)孔(kong)隙結構和巨大(da)的(de)(de)(de)比表(biao)面積(ji)及不同的(de)(de)(de)官能團。

劉雪(xue)梅(mei)等通(tong)過(guo)燒(shao)(shao)杯(bei)試驗(yan)，以油茶(cha)殼(ke)(ke)為(wei)(wei)原料(liao)，采用(yong)不同濃(nong)度碳(tan)酸(suan)(suan)鉀溶液(ye)(ye)對其(qi)改(gai)性(xing)(xing)(xing)，用(yong)改(gai)性(xing)(xing)(xing)材(cai)料(liao)制(zhi)(zhi)備(bei)的(de)(de)(de)活(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭對人(ren)工配制(zhi)(zhi)模擬氨氮(dan)廢水進(jin)(jin)(jin)行吸(xi)附(fu)，研究發(fa)現：活(huo)(huo)化(hua)溫(wen)度為(wei)(wei)750℃時(shi)用(yong)250g/L碳(tan)酸(suan)(suan)鉀溶液(ye)(ye)改(gai)性(xing)(xing)(xing)材(cai)料(liao)制(zhi)(zhi)備(bei)的(de)(de)(de)活(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭對20mg/L氨氮(dan)溶液(ye)(ye)的(de)(de)(de)最大(da)吸(xi)附(fu)量(liang)(liang)可達(da)10.06mg/g。因(yin)為(wei)(wei)碳(tan)酸(suan)(suan)鉀與(yu)活(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭發(fa)生(sheng)(sheng)反應(ying)(ying)，從(cong)而對活(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭產(chan)生(sheng)(sheng)刻蝕作(zuo)用(yong)，形(xing)成(cheng)大(da)量(liang)(liang)微孔(kong)，并且(qie)高溫(wen)活(huo)(huo)化(hua)使活(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭內部的(de)(de)(de)大(da)量(liang)(liang)官(guan)(guan)能團暴露出來，其(qi)中(zhong)包含能夠與(yu)銨根或(huo)氨分子發(fa)生(sheng)(sheng)反應(ying)(ying)的(de)(de)(de)官(guan)(guan)能團，進(jin)(jin)(jin)而增強活(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭對水中(zhong)氨氮(dan)的(de)(de)(de)吸(xi)附(fu)性(xing)(xing)(xing)能。丁紹蘭等用(yong)花(hua)生(sheng)(sheng)殼(ke)(ke)作(zuo)為(wei)(wei)原材(cai)料(liao)，用(yong)1mol/L氫氧化(hua)鉀、磷(lin)酸(suan)(suan)和氯化(hua)鋅分別對其(qi)進(jin)(jin)(jin)行改(gai)性(xing)(xing)(xing)后制(zhi)(zhi)備(bei)活(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭，通(tong)過(guo)燒(shao)(shao)杯(bei)試驗(yan)對模擬制(zhi)(zhi)革(ge)廢水中(zhong)氨氮(dan)進(jin)(jin)(jin)行吸(xi)附(fu)，研究發(fa)現：用(yong)磷(lin)酸(suan)(suan)改(gai)性(xing)(xing)(xing)的(de)(de)(de)花(hua)生(sheng)(sheng)殼(ke)(ke)所制(zhi)(zhi)備(bei)的(de)(de)(de)活(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭投加量(liang)(liang)為(wei)(wei)0.6g時(shi)對100mg/L氨氮(dan)溶液(ye)(ye)的(de)(de)(de)去(qu)除率最大(da)，達(da)73%，通(tong)過(guo)計(ji)算得出吸(xi)附(fu)量(liang)(liang)為(wei)(wei)12.17mg/g。因(yin)為(wei)(wei)采用(yong)磷(lin)酸(suan)(suan)改(gai)性(xing)(xing)(xing)的(de)(de)(de)花(hua)生(sheng)(sheng)殼(ke)(ke)所制(zhi)(zhi)備(bei)的(de)(de)(de)活(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭不僅表面微孔(kong)數量(liang)(liang)大(da)大(da)增加，還形(xing)成(cheng)新的(de)(de)(de)酸(suan)(suan)性(xing)(xing)(xing)官(guan)(guan)能團如羧基，羧基類基團中(zhong)所包含的(de)(de)(de)酸(suan)(suan)酐與(yu)氨分子進(jin)(jin)(jin)行化(hua)學反應(ying)(ying)，從(cong)而增強了活(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭對水中(zhong)氨氮(dan)的(de)(de)(de)吸(xi)附(fu)能力。

2.2 活性(xing)炭(tan)成品改性(xing)

制備活(huo)性(xing)(xing)炭對(dui)原材料進(jin)(jin)行炭化(hua)和(he)活(huo)化(hua)時，隨著(zhu)炭化(hua)和(he)活(huo)化(hua)程度的(de)加深，活(huo)性(xing)(xing)炭的(de)灰分也(ye)增加，影(ying)響其(qi)吸(xi)附性(xing)(xing)能(neng)(neng)。對(dui)成品(pin)活(huo)性(xing)(xing)炭進(jin)(jin)行改性(xing)(xing)就是將活(huo)性(xing)(xing)炭研磨后置(zhi)于燒(shao)杯(bei)中(zhong)，直接加入一(yi)定量的(de)改性(xing)(xing)劑，在一(yi)定溫度下通過振蕩、焙燒(shao)，去除活(huo)性(xing)(xing)炭的(de)灰分，并(bing)促進(jin)(jin)其(qi)微孔的(de)形成或產生新的(de)官能(neng)(neng)團，從(cong)而增強其(qi)吸(xi)附能(neng)(neng)力。

王芳(fang)于濱州市材料化學(xue)(xue)重點實驗室(shi)用(yong)分別經硝酸鐵、硝酸鋅和硝酸銅溶液(ye)改性(xing)(xing)的(de)活性(xing)(xing)炭(tan)(tan)對氯化銨模擬溶液(ye)進(jin)行吸(xi)(xi)附(fu)試驗，研究發現：活性(xing)(xing)炭(tan)(tan)載(zai)(zai)銅改性(xing)(xing)效果最好，載(zai)(zai)銅7%改性(xing)(xing)后的(de)活性(xing)(xing)炭(tan)(tan)對50mg/L氨(an)氮溶液(ye)的(de)吸(xi)(xi)附(fu)量達8.6mg/g。因(yin)為活性(xing)(xing)炭(tan)(tan)對氨(an)氮的(de)吸(xi)(xi)附(fu)主要依靠物理吸(xi)(xi)附(fu)，而負載(zai)(zai)的(de)銅達到一定量時，恰好不(bu)堵塞活性(xing)(xing)炭(tan)(tan)內部孔隙(xi)，并與氨(an)分子(zi)進(jin)行化學(xue)(xue)反應(ying)，在物理吸(xi)(xi)附(fu)的(de)基礎上增加了化學(xue)(xue)吸(xi)(xi)附(fu)，因(yin)此活性(xing)(xing)炭(tan)(tan)對水中氨(an)氮的(de)吸(xi)(xi)附(fu)性(xing)(xing)能有所提高。

3、結語

未(wei)改(gai)性活(huo)性炭對水(shui)中(zhong)氨(an)氮的吸(xi)附(fu)(fu)主要依靠物理吸(xi)附(fu)(fu)，其(qi)吸(xi)附(fu)(fu)量較小；而(er)經(jing)過(guo)對原(yuan)料改(gai)性制備(bei)活(huo)性炭或直接(jie)對成品活(huo)性炭進行改(gai)性，均增強其(qi)對水(shui)中(zhong)氨(an)氮的吸(xi)附(fu)(fu)性能，原(yuan)因是(shi)經(jing)過(guo)改(gai)性，一方面因為增加(jia)了活(huo)性炭的微孔和中(zhong)孔數量，使(shi)其(qi)比表面積增加(jia)，另一方面則是(shi)引入了新(xin)的官(guan)能團，尤其(qi)是(shi)羧(suo)基、羥基等酸性官(guan)能團，加(jia)強了化學吸(xi)附(fu)(fu)。