活性炭吸附塔吸附的應用研究

由于活性炭   的吸附性能，活性炭已經(jīng)廣泛應用于生活的各個方面，活性炭是以木屑等含碳物為原料，經(jīng)碳化和活化制成。主要有粉狀和顆粒狀兩種，多孔，比表面積大，   發(fā)達的孔隙結(jié)構(gòu)，這都是活性炭優(yōu)良的吸附性能的自接原因。
　　目前活性炭吸附設備吸附的應用有很多，如水處理、廢氣吸收、儲氫等方面。
　　一、活性炭吸附的一般性機理
　　1、物理結(jié)構(gòu)
　　活性炭的吸附性能主要是與其   的物理性質(zhì)有關。活性炭孔壁的總表面積一般高達500~1700㎡/g，與其他吸附材料相比，具有小微孔(半徑為<0.02nm)特別發(fā)達的特征，這也是活性炭吸附、吸附容量大的主要原因。其中小微孔決定了活性炭的總比表面積；過渡孔(半徑為0.02~1nm)起著重要的通道作用；大微孔(半徑為1~100nm)則是該吸附材料微觀體系的人口。
　　2、化學性能
　　活性炭的表面有豐富的官能團，一般可分為含氧官能團和含氮官能團，這些官能團賦子了活性炭   的化學性能，能與多種物質(zhì)進行結(jié)合。其中含氧官能團主要有酚羚基、羧基、羰基、內(nèi)酯基、嘧啶等；含氮官能團有酰胺、酰亞胺、乳胺基、類毗咯基等。
　　二、活性炭吸附的應用研究
　　1、活性炭吸附在水處理方面的應用
　　活性炭吸附在水處理方面的應用為廣泛。近年來，內(nèi)分泌干擾物的水環(huán)境污染問題已經(jīng)引起了人們的廣泛關注，特別是在作為飲用水源的地表水中也檢測到了大量的內(nèi)分泌干擾物質(zhì)(EDCs)，主要包括   的與合成的固醇類、植物雌、殺蟲劑、表面活性劑以及多氯聯(lián)苯等物等，活性炭對酚類內(nèi)分泌干擾物的吸附能力受水中物與活性炭物化性質(zhì)的影響較大，通過   的改性處理獲得孔結(jié)構(gòu)與表面化學性質(zhì)均有利于去除水中污染物的活性炭，并將其用于給水的處理，對于提炭的吸附能力、使用壽命及出水水質(zhì)   都具有重要意義。河水污染問題日趨嚴重，凈化河水也成為亟待解決的問題。活性炭吸附在水處理上的應用已經(jīng)日趨成熟，具有的實用價值，但單單只靠運用活性炭吸附來達到很好的效果已經(jīng)很難，這需要其他方法的配合使用。
　　2、活性炭吸附在廢氣吸收上的應用
　　廢氣常見的也熟悉的是CO2，天上飛的，地上跑的，無一小在向大氣中排放著CO2，而煤等石化燃料的消耗是主要的原因，這也驅(qū)使研究者尋找一種的回收CO2的方法。而分離和回收CO2常用的方法是活性炭吸附法。活性炭作為一種優(yōu)良的吸附分離材料，具有比表面積大、孔結(jié)構(gòu)發(fā)達、化學性質(zhì)穩(wěn)定、耐酸耐堿等特點。活性炭優(yōu)良的吸附性能主要取決于其的孔結(jié)構(gòu)，由于存在大量的微孔和中孔，使活性炭具備高的比表面積和吸附容量。制備條件的小同使得活性炭孔結(jié)構(gòu)具有可調(diào)性。當今工業(yè)的高速發(fā)展，必然會導致各種廢氣的排放量的增加。尤其是化工行業(yè)，比如涂料、樹脂、皮革、印刷等，會排放大量的廢氣，雖然治理廢氣，研究人員已經(jīng)有了一些卓有成效的控制技術，比如熱破壞法、冷凝法等。但吸附法的應用為廣泛。又由于活性炭本身的特性，其又是常用的吸附劑。
　　3、活性炭吸附在儲氫上的應用
　　氫具有高揮發(fā)性、   量，是能源載體和燃料，同時氫在工業(yè)生產(chǎn)中也有廣泛應用。由于氫的廣闊的應用前景，尋找一種儲氫方式也成為必然。
　　經(jīng)過幾年的發(fā)展與研究，目前儲氫方式主要有高壓儲氫、液態(tài)儲氫、金屬化合物儲氫、物儲氫和吸附儲氫5種。目前用于H2吸附儲存的材料主要有：分子篩、碳納米管、活性炭纖維、石墨、納米碳纖維、活性炭。H2在分子篩與活性炭上的吸附性能的研究結(jié)果表明，活性炭吸附儲存H2的性能遠優(yōu)于分子篩吸附劑，且活性炭纖維吸附儲存H2的能力小如活性炭吸附劑。活性炭與碳納米管均表現(xiàn)出高的吸附儲存H2的能力。活性炭用作H2吸附劑的特點在于：吸附容量大、抗酸堿性能好、解吸容易、對少數(shù)雜質(zhì)氣體小敏感、熱溫性能好，在較高溫度下解吸   其晶體結(jié)構(gòu)小發(fā)生變化，經(jīng)多次吸附和解吸操作后仍能保持原有(重復使用性能好)。由于活性炭具有復雜的多孔結(jié)構(gòu)及大比表面積，在低溫下表現(xiàn)出良好的H2吸附特性，并受到人們高度重視。活性炭的比表面積、孔徑分布和表面性質(zhì)都會影響其吸附氫氣的能力，其中，比表面積是主要的影響因素。
　　三、活性炭吸附的應用與研究展望
　　活性炭可以吸附水中眾多的金屬離子和物，但在   條件下對特定的物的吸附量很小。活性炭優(yōu)良的吸附性能源自于其巨大的表面積、發(fā)達的內(nèi)部微孔結(jié)構(gòu)和豐富的表面官能團。從吸附模式上講，Langmuir和Freundlich模式對于金屬離子和物都是經(jīng)典的經(jīng)驗模式，對于金屬離子表面絡合模式   能表示變化條件下的吸附行為。但是所有的吸附模式都是特定條件下的模擬，小具備實際的物理意義，無法從本質(zhì)上反應吸附過程。活性炭對吸附質(zhì)的主要作用有：離子交換作用、靜電作用、擴散力、供一受電子交換作用。pH通過改變吸附質(zhì)和活性炭表面官能團的電離狀態(tài)而改變活性炭與吸附質(zhì)之間靜電作用的大小和性質(zhì)，使活性炭的吸附量增加或減少。當給定活性炭的性質(zhì)、吸附質(zhì)的性質(zhì)和溶液條件可以通過現(xiàn)理對水溶的吸附行為進行推測。目前對于動態(tài)吸附模式和機理的研究相對缺乏，這方面應進行深入的研究，同時在NOM背景下的吸附研究也需進一步展開。以后的研究方向應該是活性炭改性方面，性能優(yōu)良的改性活性炭將成為熱點。