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活性炭内部具有晶体结构和孔隙结构,活性炭表面也有一定的化学结构。活性炭吸附性能不仅取决于活性炭的物理(孔隙)结构,而且还取决于活性炭表面的化学结构。在活性炭制备过程中,炭化阶段形成的芳香片的边缘化学键断裂形成具有未成对电子的边缘碳原子。这些边缘碳原子具有未饱和的化学键,能与诸如氧、氢、氮和硫等杂环原子反应形成不同的表面基团,这些表面基团的存在毫无疑问地影响到活性炭的吸附性能。X 射线研究表明,这些杂环原子与碳原子结合在芳香片的边缘,产生含氧、含氢和含氮表面化合物。当这些边缘成为主要的吸附表面时,这些表面化合物就改变了活性炭的表面特征和表面性质。活性炭表面基团分为酸性、碱性和中性 3 种。酸性表面官能团有羰基、羧基、内酯基、羟基、醚、苯酚等,可促进活性炭对碱性物质的吸附;碱性表面官能团主要有吡喃酮(环酮)及其衍生物,可促进活性炭对酸性物质的吸附。 [5]
活性炭吸附法属于上述工业废水处理方法中的物理化学方法,显然,它不仅可以物理吸附很多不溶的有害物质,对于呈离子状态的有害离子,也可以进行有效的化学吸附,兼具物理处理方法和化学处理方法的优点。除此以外,活性炭的处理工业废水的效率以及质量都特别高。活性炭由于其多孔隙结构,它的相对表面积十分巨大,这赋予了它的吸附能力,同时,它的碳链结构使其具有很大的刚性,这让活性炭在使用过程中能够保持自己的形状结构,有效发挥吸附作用。
活性炭吸附法具备物理方法处理废水的优点,对废水中游离的汞和铬等重金属有毒离子和微小杂质进行直接的吸附作用,补血药加入额外的化学助剂,这在一定程度上减少了工业废水处理的成本,并避免了投放化学助剂有可能带来的危害。除了上述优点以外,活性炭生产制造成本低也是人们选择它来处理工业废水的很关键的一点,活性炭来源于生活中的有机废料,经过简单的炭化和气体处理以后,就成为工业用途的活性炭。在活性炭的处理废水过程中,活性炭的结构和性质都没有改变,这就使得活性炭的回收再利用成为可能,通过简单的用水冲刷和洗剂晾干,活性炭就又可以用来处理废水。这种成本低、效果好的工业废水处理方法一直以来被很多工厂使用。
活性炭吸附法在工业废水处理中的应用介绍
在制备过程中,具有氧化性的高温活化气体无序碳原子及杂原子首先发生反应,使原来封闭的孔打开,进而基本微晶表面暴露,然后活化气体与基本微晶表面上的碳原子继续发生氧化反应,使孔隙不断扩大。一些不稳定的炭因气化生成CO、CO2、H2和其他碳化合物气体,从而产生新的孔隙,同时焦油和未炭化物等也被除去,终得到活性炭产品。活性炭发达的比表面积则源自中孔、大孔孔容的增加,形成的大孔、中孔和微孔的相互连接贯通。由于物理法工艺流程相对简单,产生的废气以CO2和水蒸气为主,对环境污染较小,而且终得到的活性炭产品比表面积高、孔隙结构发达、应用范围广,因此世界范围内的活性炭生产厂家中70%以上都采用物理法生产活性炭。炭活化过程中产生大量的余热,可满足原料烘干、余热锅炉制高温蒸汽、产品的洗涤烘干等所需热能。 [2]
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