摘(zhai)要(yao)：綜述了(le)活性炭在(zai)環境(jing)保護領域的(de)應用現狀，主要(yao)有(you)水處理(li)、粉塵(chen)和廢氣(qi)的(de)處理(li)，并展望了(le)活性炭吸附技術應用的(de)前景和發(fa)展趨勢(shi)。
1 概述
活性炭(tan)是一種綠(lv)色環保(bao)吸附材料(liao)，能夠(gou)更廣(guang)泛(fan)(fan)地(di)應(ying)用(yong)到(dao)垃(la)圾(ji)焚燒、室內空氣凈化(hua)、高速(su)公路隧(sui)道以及大城市交通過密地(di)區的(de)空氣治理等新(xin)領域。活性炭(tan)材料(liao)具有獨(du)特(te)的(de)孔隙結構和表面活性官能團，化(hua)學(xue)性質(zhi)穩定，機(ji)(ji)械(xie)強度高，耐酸(suan)、耐堿(jian)、耐熱(re)，不溶于(yu)水和有機(ji)(ji)溶劑，使(shi)用(yong)失效后可以再生，廣(guang)泛(fan)(fan)地(di)應(ying)用(yong)于(yu)環保(bao)、化(hua)工、食(shi)品加工、濕(shi)法冶金(jin)、藥物(wu)精制(zhi)、軍事化(hua)學(xue)防護等各領域。
2 活性炭(tan)國內外應(ying)用現狀
由于活(huo)性(xing)炭(tan)(tan)對水(shui)中微量有機污(wu)染物具有優良的(de)(de)吸(xi)(xi)附(fu)特性(xing)，早(zao)在20年(nian)(nian)代末30年(nian)(nian)代初(chu)國外就開始用(yong)粉狀(zhuang)活(huo)性(xing)炭(tan)(tan)去除(chu)(chu)水(shui)中的(de)(de)臭和味，1930年(nian)(nian)第一個(ge)使用(yong)粒(li)(li)狀(zhuang)活(huo)性(xing)炭(tan)(tan)吸(xi)(xi)附(fu)池除(chu)(chu)臭的(de)(de)水(shui)廠建(jian)于美國費城。在20世(shi)(shi)紀60年(nian)(nian)代末70年(nian)(nian)代初(chu)，由于煤質粒(li)(li)狀(zhuang)炭(tan)(tan)的(de)(de)大量生產(chan)和再生設備的(de)(de)問世(shi)(shi)，發達(da)國家開展(zhan)了利用(yong)活(huo)性(xing)炭(tan)(tan)吸(xi)(xi)附(fu)去除(chu)(chu)水(shui)中微量有機物的(de)(de)研究工(gong)作，對飲用(yong)水(shui)進行(xing)深度(du)處理。在20世(shi)(shi)紀60年(nian)(nian)代末70年(nian)(nian)代初(chu)粒(li)(li)狀(zhuang)活(huo)性(xing)炭(tan)(tan)凈化的(de)(de)裝(zhuang)置在美國、歐(ou)洲、日(ri)本等國陸續建(jian)成(cheng)投產(chan)。美國以地面水(shui)為(wei)水(shui)源的(de)(de)水(shui)廠已有90％以上(shang)(shang)采(cai)用(yong)了活(huo)性(xing)炭(tan)(tan)吸(xi)(xi)附(fu)工(gong)藝。目(mu)前世(shi)(shi)界上(shang)(shang)有成(cheng)百座用(yong)粒(li)(li)狀(zhuang)炭(tan)(tan)吸(xi)(xi)附(fu)的(de)(de)水(shui)廠正在運行(xing)。
我國在20世紀60年(nian)代末期，開始利用活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)去除受污染的(de)水源(yuan)水的(de)除臭、除味。目(mu)前我國活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)在空氣凈(jing)化、水處理(li)等(deng)領(ling)域應用較多，并呈現出應用量增(zeng)(zeng)長的(de)趨勢。隨著環保力度的(de)不斷加大(da)，活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)需求量不斷增(zeng)(zeng)長，出口(kou)量也不斷上升(sheng)。有關數據表明，目(mu)前中國活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)企業已發展到400多家，活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)年(nian)生產能力50萬噸，已經超過美國、俄羅斯、日本，居世界第一(yi)位。專用高(gao)檔炭(tan)(tan)如高(gao)比表面積(ji)炭(tan)(tan)、高(gao)苯炭(tan)(tan)、纖(xian)維炭(tan)(tan)已滲透到航天、電子、通訊、能源(yuan)、生物工程和生命科學等(deng)領(ling)域。
3 活性炭在日常生活中的應用(yong)
3.1 防毒面(mian)具(ju)中的應用
活性炭用于防(fang)毒(du)面具始于第一次世(shi)界(jie)大戰，并且成了(le)推動當時(shi)活性炭工業(ye)發展的(de)(de)重要(yao)因素。但由于氣(qi)體和蒸(zheng)汽狀化(hua)學毒(du)劑(ji)(ji)的(de)(de)種類多，分子結構和特性各異，單一的(de)(de)作用難以(yi)達到全面濾毒(du)的(de)(de)目(mu)的(de)(de)，目(mu)前世(shi)界(jie)各國均將活性炭分別浸漬銅、銀、鋅等金(jin)屬(shu)氧化(hua)物以(yi)及吡啶、皮考啉等制(zhi)成專(zhuan)用活性炭—— 催化(hua)劑(ji)(ji)。
3.2 煙氣治理中的應用
煤炭燃燒在我國能源構成中占有很大的比例，而煤燃燒過程中排放出的SO2和NOx（NO和N2O)是主(zhu)要的大氣污(wu)染物，所以(yi)煙氣污(wu)染是我國亟需(xu)解決(jue)的環境問(wen)題。在(zai)紛繁復雜的治理(li)技術中，活(huo)(huo)(huo)性炭材(cai)料脫硫(liu)脫硝因其處理(li)效果好(hao)、投資運行費用(yong)低(di)、實現“資源(yuan)化(hua)”、且易于(yu)(yu)再生利用(yong)等優點而引人(ren)注目。尤其是改性后的活(huo)(huo)(huo)性炭材(cai)料其脫硫(liu)脫硝性能遠遠好(hao)于(yu)(yu)普通的活(huo)(huo)(huo)性炭材(cai)料。
SO2是(shi)主要(yao)(yao)的(de)(de)大氣污染物，是(shi)造成“酸(suan)雨”的(de)(de)主要(yao)(yao)原因，活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)吸(xi)附(fu)(fu)法脫(tuo)(tuo)硫得到了(le)廣泛的(de)(de)應(ying)用。但是(shi)，單一的(de)(de)活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)脫(tuo)(tuo)硫，速度慢，效(xiao)率(lv)低。提高活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)脫(tuo)(tuo)硫的(de)(de)性(xing)(xing)能(neng)，改性(xing)(xing)活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)引起重視，它能(neng)克服普(pu)通活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)的(de)(de)某些缺點(dian)和限制(zhi)，被認為是(shi)有前景(jing)的(de)(de)脫(tuo)(tuo)硫劑之一。氨由(you)于(yu)其較小的(de)(de)分子量并有極性(xing)(xing)，而較難被吸(xi)附(fu)(fu)，因此，為了(le)取得較好的(de)(de)吸(xi)附(fu)(fu)效(xiao)果，國內外學者研(yan)制(zhi)了(le)數種改性(xing)(xing)活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)。結果表(biao)明，以亞(ya)鐵鹽和銅鹽配方處(chu)理的(de)(de)活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)對其有很(hen)好的(de)(de)吸(xi)附(fu)(fu)性(xing)(xing)能(neng)。
3.3 水處(chu)理中的(de)應用
3.3.1 水質凈(jing)化
活性炭(tan)(tan)在凈化(hua)(hua)給水方面不僅對色、嗅去(qu)(qu)除(chu)效(xiao)(xiao)果(guo)良好(hao)，而且對合成洗滌劑ABS、三(san)鹵甲(jia)烷(THMs)、鹵代烴(jing)、游(you)離(li)氯(lv)也有較高的吸附能力(li)，也能有效(xiao)(xiao)地去(qu)(qu)除(chu)幾乎無(wu)法分解的氨基甲(jia)酸酯(zhi)類殺蟲(chong)劑等。活性炭(tan)(tan)能有效(xiao)(xiao)地去(qu)(qu)除(chu)水中(zhong)(zhong)的游(you)離(li)氯(lv)和某些重金屬（如Hg、Sb、Sn、Cr）且不易產生二(er)次(ci)污染，常用于家庭用水及飲用水的凈化(hua)(hua)處理工藝中(zhong)(zhong)。
3.3.2 污水處(chu)理
活性炭在(zai)廢水(shui)(shui)(shui)處(chu)理方面的主要優(you)點是處(chu)理程度高、出(chu)水(shui)(shui)(shui)水(shui)(shui)(shui)質穩定。與其他方法(fa)配合使(shi)用可獲得質量(liang)很(hen)高的出(chu)水(shui)(shui)(shui)水(shui)(shui)(shui)質，甚(shen)至達到飲用水(shui)(shui)(shui)標準。
劉紅等發現，Fe2+的催化效果明顯優于Cu2+，焦化廢水在經3g／L的活性炭吸附后，再以1.5L的 H2O2、0.4g／L的Fe2+進行(xing)(xing)催(cui)(cui)化(hua)氧(yang)化(hua)，COD總去(qu)(qu)除率可達96.3%。宋(song)志文等(deng)采用(yong)生(sheng)物活(huo)(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan)法處(chu)理低濃(nong)度甲(jia)醇廢(fei)水(shui)，利用(yong)活(huo)(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan)的(de)(de)(de)(de)(de)吸附(fu)作用(yong)和(he)生(sheng)物膜的(de)(de)(de)(de)(de)降解(jie)作用(yong)，處(chu)理效(xiao)果(guo)明(ming)顯好于樹(shu)脂和(he)單(dan)純活(huo)(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan)吸附(fu)。在(zai)(zai)(zai)其(qi)(qi)較佳運行(xing)(xing)條件下(xia)，當甲(jia)醇的(de)(de)(de)(de)(de)質量濃(nong)度為(wei)11.3～23.1mg／L時，去(qu)(qu)除率大于90％。陳穎等(deng)用(yong)載鎳活(huo)(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan)對含活(huo)(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)(xing)紅(hong)X—3B廢(fei)水(shui)進行(xing)(xing)處(chu)理，去(qu)(qu)除率能達到(dao)(dao)98.74％以上，較不(bu)加(jia)金屬的(de)(de)(de)(de)(de)活(huo)(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan)去(qu)(qu)除率提(ti)高30％。Xie xiang等(deng)也研究(jiu)發現，活(huo)(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan)經硝(xiao)酸(suan)改(gai)性(xing)(xing)(xing)(xing)后再(zai)負(fu)載硝(xiao)酸(suan)銅進行(xing)(xing)二次活(huo)(huo)(huo)(huo)化(hua)制備高性(xing)(xing)(xing)(xing)能活(huo)(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan)，可使硝(xiao)酸(suan)銅的(de)(de)(de)(de)(de)催(cui)(cui)化(hua)性(xing)(xing)(xing)(xing)能得到(dao)(dao)進一步的(de)(de)(de)(de)(de)提(ti)升。活(huo)(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan)單(dan)獨(du)使用(yong)也有特殊(shu)的(de)(de)(de)(de)(de)效(xiao)用(yong)。A.Fortuny等(deng)研究(jiu)發現，活(huo)(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan)在(zai)(zai)(zai)催(cui)(cui)化(hua)濕式氧(yang)化(hua)傳統污水(shui)廠(chang)不(bu)能處(chu)理的(de)(de)(de)(de)(de)含酚(fen)(fen)廢(fei)水(shui)方面是有希望(wang)的(de)(de)(de)(de)(de)替代品。在(zai)(zai)(zai)與其(qi)(qi)他金屬催(cui)(cui)化(hua)劑(ji)的(de)(de)(de)(de)(de)240h對比(bi)測試(shi)中(zhong)，不(bu)負(fu)載任何(he)金屬的(de)(de)(de)(de)(de)活(huo)(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan)表現出最高的(de)(de)(de)(de)(de)酚(fen)(fen)轉(zhuan)(zhuan)化(hua)能力。研究(jiu)表明(ming)，低灰(hui)分（質量分數3.75％）活(huo)(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan)在(zai)(zai)(zai)酚(fen)(fen)的(de)(de)(de)(de)(de)濕式氧(yang)化(hua)中(zhong)有催(cui)(cui)化(hua)效(xiao)應。在(zai)(zai)(zai)轉(zhuan)(zhuan)化(hua)酚(fen)(fen)的(de)(de)(de)(de)(de)過程中(zhong)，炭(tan)(tan)因燒(shao)失而逐漸消(xiao)耗且(qie)炭(tan)(tan)表面積(ji)也減(jian)少(shao)了，這是其(qi)(qi)酚(fen)(fen)轉(zhuan)(zhuan)化(hua)能力從(cong)100％下(xia)降到(dao)(dao)10d后的(de)(de)(de)(de)(de)48％的(de)(de)(de)(de)(de)原因。目(mu)前科(ke)學家正重點研究(jiu)尋找合(he)適的(de)(de)(de)(de)(de)酚(fen)(fen)氧(yang)化(hua)條件，以避(bi)免炭(tan)(tan)的(de)(de)(de)(de)(de)消(xiao)耗。
3.3.3 有機工業廢(fei)水處理
由于活性炭對水(shui)(shui)中的(de)(de)(de)有(you)(you)機物(wu)(wu)具有(you)(you)較強的(de)(de)(de)去除(chu)(chu)能力，對一(yi)些難以被生物(wu)(wu)降解的(de)(de)(de)有(you)(you)機物(wu)(wu)更有(you)(you)獨特的(de)(de)(de)去除(chu)(chu)效(xiao)果(guo)，因而(er)被用于制(zhi)革廢(fei)水(shui)(shui)處理(li)(li)、造紙染(ran)料、化工廢(fei)水(shui)(shui)處理(li)(li)、焦(jiao)化廢(fei)水(shui)(shui)處理(li)(li)及其(qi)它有(you)(you)機廢(fei)水(shui)(shui)處理(li)(li)中。Tomaszewska等(deng)研究(jiu)了(le)Mavmee河(he)中的(de)(de)(de)有(you)(you)機污染(ran)物(wu)(wu)后指出：常規的(de)(de)(de)處理(li)(li)方法不能有(you)(you)效(xiao)地去除(chu)(chu)河(he)水(shui)(shui)中的(de)(de)(de)一(yi)些殺蟲劑等(deng)物(wu)(wu)質，而(er)活性炭則有(you)(you)較好(hao)的(de)(de)(de)去除(chu)(chu)效(xiao)果(guo)，在河(he)水(shui)(shui)中投入10mg/L的(de)(de)(de)活性炭可以將引(yin)起臭(chou)味的(de)(de)(de)土臭(chou)素（Geosmin）和2－甲基(ji)異茨酸（MIB）從66mg/L降到2mg/L。
3.3.4 無機工(gong)業廢(fei)水處理
某些活性炭(tan)(tan)對于(yu)廢(fei)水中無(wu)機(ji)重金屬(shu)離子(zi)具(ju)(ju)有一(yi)定的選擇吸(xi)附(fu)能力(li)。如(ru)顆粒(li)狀活性炭(tan)(tan)對于(yu)Ag、Pd、Cd 等離子(zi)的吸(xi)附(fu)去除率可達85%以上。對其他金屬(shu)離子(zi)如(ru)銻、鉍(bi)、錫(xi)、汞、鈷、鉛、鎳、鐵(tie)等均具(ju)(ju)有良好(hao)的吸(xi)附(fu)能力(li)。
4 發展前景
傳統的(de)(de)炭材(cai)料(liao)為粉狀或(huo)顆粒狀活(huo)性(xing)炭，隨著(zhu)(zhu)研(yan)究(jiu)的(de)(de)深入，出(chu)現了(le)許多新型炭材(cai)料(liao)，有的(de)(de)已經在(zai)環(huan)(huan)境工(gong)(gong)程中得到(dao)(dao)了(le)應(ying)用。甚至在(zai)作為環(huan)(huan)境相容材(cai)料(liao)，在(zai)仿生材(cai)料(liao)、綠色包裝、生態建材(cai)等方面(mian)也極(ji)具前景(jing)(jing)。隨著(zhu)(zhu)人類環(huan)(huan)保(bao)意識的(de)(de)增強和綠色化學的(de)(de)提出(chu)，活(huo)性(xing)炭纖(xian)(xian)維的(de)(de)研(yan)究(jiu)與(yu)應(ying)用受(shou)到(dao)(dao)了(le)各國研(yan)究(jiu)人員的(de)(de)密切關注(zhu)。在(zai)環(huan)(huan)境保(bao)護、電子工(gong)(gong)業、化工(gong)(gong)、低成本SiC纖(xian)(xian)維、醫療(liao)衛生、勞動防護等領(ling)域(yu)有廣泛的(de)(de)應(ying)用前景(jing)(jing)。