0、前言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展.人們的生活水平得到了很大提高.而我們周圍的水源水質(zhì)卻受到了不同程度的污染.這對(duì)居民生產(chǎn)和生活構(gòu)成了很大的威脅。研究表明.受污染水中的某些有機(jī)物以及重金屬離子都對(duì)人體不利.而對(duì)人體有”三致作用”的氯消毒副產(chǎn)物fDBPs1也是水處理中要去除的物質(zhì)。

常規(guī)水處理中使用的活性炭雖然能去除一定的有機(jī)物、臭、味和重金屬離子.但效果并不十分理想。因此，人們通過(guò)對(duì)活性炭表面化學(xué)改性來(lái)提高其去除能力。表面化學(xué)改性活性炭是改性活性炭的一種，通過(guò)改變活性炭表面性質(zhì)來(lái)改善其吸附去除能力。研究表明，表面化學(xué)改性活性炭能較好地去除水中各種有害物質(zhì).在我國(guó)水處理中將發(fā)揮越來(lái)越大的作用。

1、表面化學(xué)改性活性炭

活性炭具有很強(qiáng)的吸附性能主要原因之一是其表面化學(xué)特性?；钚蕴康谋砻婊瘜W(xué)性質(zhì)決定了其化學(xué)吸附特性嘲活性炭材料的吸附表面化學(xué)性質(zhì)改性就是通過(guò)一定的方法改善活性炭材料吸附表面的官能團(tuán)及其周邊氛圍的構(gòu)造.使其成為特定吸附過(guò)程中的活性點(diǎn).從而可以控制其親水，疏水性能以及與金屬或金屬氧化物的結(jié)合能力。活性炭材料表面化學(xué)組成的不同會(huì)對(duì)活性炭材料的酸堿性、潤(rùn)濕性、吸附選擇性、催化特性等產(chǎn)生影響。活性炭材料吸附表面化學(xué)性質(zhì)的改性可以通過(guò)表面氧化改性、表面還原改性以及負(fù)載金屬改性等進(jìn)行。

1.1、表面氧化改性

表面氧化改性是指利用合適的氧化劑在適當(dāng)?shù)臏囟认聦?duì)活性炭材料表面的官能團(tuán)進(jìn)行氧化處理，從而提高材料表面含氧官能團(tuán)的含量.增強(qiáng)材料表面的親水性。常用的氧化劑主要有HN03、HClO3和H202等四。通過(guò)氧化改性的活性炭材料表面幾何形狀變得更加均一。不同的氧化劑處理后。含氧官能團(tuán)的數(shù)量和種類不同，氧化程度越高。含氧官能團(tuán)越多。氧化處理可以改變活性炭的孔隙結(jié)構(gòu)，比表面積、容積降低，孔隙變寬。而氧化處理在活性炭表面增加的羧基等酸性基團(tuán)也可通過(guò)高溫處理去除且不影響由氧化引起的微孑L變化。

1.2、表面還原改性

表面還原改性主要是通過(guò)還原劑在適當(dāng)?shù)臏囟认聦?duì)活性炭表面的官能團(tuán)進(jìn)行改性，從而提高含氧堿性基團(tuán)的含量，增強(qiáng)表面的非極性。常用的還原劑有H2、N2和NaOH等。在水處理中，由于經(jīng)過(guò)還原改性的活性炭表面堿性含氧基團(tuán)大量增加．在一定程度上有助于對(duì)某些污染物質(zhì)特別是有機(jī)物的吸附圈。

1.3、負(fù)栽金屬改性

負(fù)載金屬改性是通過(guò)活性炭的還原性和吸附性，使金屬離子在活性炭的表面上優(yōu)先吸附，再利用活性炭的還原性．將金屬離子還原成單質(zhì)或低價(jià)態(tài)的離子．通過(guò)金屬離子或金屬對(duì)被吸附物較強(qiáng)的結(jié)合力．從而增加活性炭對(duì)被吸附物的吸附性能。

目前常用負(fù)載的金屬離子包括銅離子、鐵離子等活性炭表面存在金屬還可以降低再生溫度和提高再生效率．而且活性炭材料作為催化劑載體由于可以燃燒完全，使金屬的回收成本很低，同時(shí)也不會(huì)造成二次污染。

2、表面化學(xué)改性活性炭在水處理中的應(yīng)用

2.1、表面化學(xué)改性活性炭去除水中有機(jī)物

Haghseresht等人在表面化學(xué)改性活性炭去除水中有機(jī)物實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，經(jīng)H：和N：改性后的活性炭對(duì)水溶液中p一甲酚、硝基苯和p一硝基苯酚等有機(jī)物的吸附．較未處理過(guò)的活性炭吸附量大。范延臻等認(rèn)為以去除水中有機(jī)污染物為目的的活性炭表面改性的方向應(yīng)為：減少表面內(nèi)酯基及羧基等含氧官能團(tuán)的含量。增加活性炭表面的疏水性。劉春英、袁存光等用載銅活性炭催化氧化深度降解石油污水中的COD。效果明顯。該法是用載體活性炭作吸附催化劑．利用污水中的溶解氧催化氧化可深度降解石油污水中的COD。即在CufNO3)浸漬液濃度為7．5％，熱固溫度為260℃．時(shí)間為l2h條件下制備的水處理填充劑．對(duì)pH7—8、溫度25cI=一35cI=的石油污水的COD值濃度降至100m以下。

張建策采用岳陽(yáng)市自來(lái)水公司一廠的水樣進(jìn)行實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)．氯化消毒后的高色度水中其三氯甲烷(THMs)含量高達(dá)107g，dm3。將活性炭表面化學(xué)改性并對(duì)常規(guī)水處理后的高色度水進(jìn)行吸附處理。結(jié)果表明：改性后的活性炭對(duì)，I’HMs吸附大大提高，當(dāng)水溶液的pH：pHPZC(零電荷點(diǎn))時(shí)，活性炭對(duì)rIHMs的吸附量最大．此時(shí)水樣中THMs的含量?jī)H為44dm3。

陳國(guó)樹等在苯胺的柱式分離與測(cè)定的實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)．經(jīng)過(guò)C處理后的活性炭有著比活性炭更強(qiáng)的吸附苯胺的能力。隨著改性活性炭的C1s重量百分濃度的增加。苯胺的去除率逐漸提高。當(dāng)C的重量百分濃度為o．7％時(shí)。苯胺的去除率可達(dá)99-3％。

2.2、表面化學(xué)改性活性炭去除水中重金屬離子

表面化學(xué)改性活性炭對(duì)于廢水中無(wú)機(jī)重金屬離子具有一定的選擇吸附能力。實(shí)驗(yàn)表明，其對(duì)Ag+，Pd2+，Cd2+，Cr()42一等離子的吸附去除率達(dá)到85％以上，對(duì)其它金屬離子如銻、鉍、錫、汞、鈷、鉛、鎳、鐵等也具有良好的吸附能力。

張建策等在表面改性活性炭吸附重金屬的實(shí)驗(yàn)中。以Pb2+為例。對(duì)活性炭去除水中重金屬的性能與機(jī)理進(jìn)行了探討。并研究了水中Ca：+的存在對(duì)活性炭吸附重金屬的影響。實(shí)驗(yàn)表明：經(jīng)硝酸深度氧化的活性炭可顯著增加Pb：+吸附量．水中的Ca2+、M吸附影響不大。

李湘洲等在活性炭表面改性及其對(duì)Cr3+吸附性能的研究中，分別用HNO、H2sO以及HNO加乙酸銅溶液對(duì)活性炭進(jìn)行了表面化學(xué)改性處理，研究了改性活性炭對(duì)C吸附性能的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：通過(guò)上述改性，活性炭表面官能團(tuán)數(shù)量發(fā)生了顯著改變．特別是羧基增加較多；改性后的活性炭對(duì)Cr3+吸附性能有所提高。

余梅芳在化學(xué)改性活性炭對(duì)Cu+離子吸附性能的研究實(shí)驗(yàn)中．將市售粉狀活性炭用16％硝酸進(jìn)行氧化．再用0．1moL門L的氫氧化鈉進(jìn)行處理，制得化學(xué)改性活性炭．并對(duì)其吸附性能進(jìn)行了研究。結(jié)果表明。改性后的活性炭較改性前對(duì)Cu+離子的吸附能力提高6O％以上。

2.3、表面化學(xué)改性活性炭去除水中陰離子

王琳等利用強(qiáng)氧化劑對(duì)活性炭進(jìn)行改性．改變了活性炭表面官能團(tuán)的性質(zhì)．使原來(lái)具有催化還原能力的官能團(tuán)改性為具有氧化能力的官能團(tuán)。從而抑制了活性炭吸附水中亞硝酸鹽的形成，出水中亞硝酸鹽的濃度從未改性活性炭的2．OmL，降低為改性后的O．O1mg，L。

Chiang在負(fù)載金屬對(duì)活性炭吸附性能的影響的實(shí)驗(yàn)中，用Mg(NO3)：和Ba(NO3)處理活性炭．處理后活性炭的表面含氧和含氮量增強(qiáng)，改性活性炭可有效地去除SO一，其將SO32一進(jìn)一步催化氧化成SO42．。與未改性前相比，改性后的活性炭去除效果大大提高。

王重慶等在表面改性活性炭對(duì)CO的吸附性能實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)．在去除硬度的裝置后面加改性活性炭單元?？捎行У叵羞^(guò)多的碳酸鹽，避免其轉(zhuǎn)化為HCO，造成C0：排人大氣引起溫室效應(yīng)。研究發(fā)現(xiàn)．以7mol／L硝酸溶液加0．4m0l／L醋酸銅溶液對(duì)活性炭進(jìn)行表面改性處理后，吸附CO32嗷果最好。

2.4、表面化學(xué)改性活性炭去除其它物質(zhì)

F．Rozada閻在深入研究物質(zhì)活性炭制備工藝的基礎(chǔ)上．將化學(xué)改性活性炭應(yīng)用于亞甲基藍(lán)染料廢水的處理中發(fā)現(xiàn)。改性活性炭投加量為2％。吸附1h后對(duì)活性艷紅X．_3B染料廢水色度的脫除率達(dá)99．7％。

LiL_QuirdivanPA等研究改性活性炭除臭的機(jī)理后發(fā)現(xiàn)．活性炭本身對(duì)氨等堿性物質(zhì)以及硫化氫、甲硫醚、醛類等的吸附保持能力小，而加入堿性藥劑改性后。其除臭能力將大大提高。

T0maszewska等研究了Mavmee河中的有機(jī)污染物后指出：常規(guī)的處理方法不能有效地去除河水中的一些殺蟲劑等物質(zhì)．而經(jīng)一定濃度的Na0H等化學(xué)藥劑改性后的活性炭則有較好的去除效果，在河水中投入l0m璣的改性活性炭可以將引起臭味的土臭素fGe0smin1和2一甲基異茨酸fMIB1從66m璣降到2m。

3、存在問(wèn)題

(1)表面化學(xué)改性活性炭因其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)得到廣泛的應(yīng)用。但如何降低表面化學(xué)改性活性炭的生產(chǎn)成本、優(yōu)化生產(chǎn)工藝．及針對(duì)不同的用途進(jìn)行活性炭表面的改性等問(wèn)題．是未來(lái)對(duì)活性炭改性要考慮的問(wèn)題。

(2)通過(guò)化學(xué)方法可以使活性炭表面的化學(xué)性質(zhì)發(fā)生改變．增加酸堿基團(tuán)的相對(duì)含量可選擇吸附極性不同的物質(zhì)：但是應(yīng)該看到．活性炭表面改性的同時(shí)．伴隨著表面化學(xué)結(jié)構(gòu)的變化．其表面積、孔容以及孑L徑分布等都會(huì)發(fā)生改變．這就大大影響活性炭的吸附性所以．在進(jìn)行表面化學(xué)改性時(shí)要綜合考慮物理結(jié)構(gòu)和化學(xué)結(jié)構(gòu)雙重變化引起的影響。

(3)至今為止。雖然表面化學(xué)改性活性炭的應(yīng)用取得一定進(jìn)展．但改性活性炭的再生及回用是個(gè)值得注意的問(wèn)題．如何找到一個(gè)科學(xué)的方法提高改性活性炭的利用率以促進(jìn)其在水處理中的廣泛應(yīng)用是有待深入研究且具有十分重大意義的課題。

改變活性炭表面化學(xué)性質(zhì)，可顯著提高其吸附效率和改善其吸附選擇性及其催化性能目前．國(guó)內(nèi)外專家正深入研究改性活性炭的制備及其應(yīng)用領(lǐng)域，努力開發(fā)改性活性炭新產(chǎn)品，使其在水處理中發(fā)揮更大的作用。