摘要：活性炭的吸附性极强，专家研究表明，将活性炭应用于环境工程领域，能很好地解决环境污染问题，吸附空气、水体中的有害物质。本文旨在通过分析活性炭的特性，向读者阐述其在解决水污染、空气污染方面的巨大优势。
关键词：活性炭；环境工程；水污染；大气污染；应用
第一次工业在蒸汽声中快速发展，随之而来的是生态失衡，水污染、大气污染等问题日益严峻，仅靠地球自身的修复力已经无法恢复。人们在18世纪末发现了吸附力非常强的木炭，随后人们开始尝试用各种原料来生产木炭，并且发现了质地致密且坚固的椰壳碳，这是当时最高级的吸附材料，在一战中曾用来做防毒面具。活性炭的现代工艺是氯化法，氯化法发明于1900年。如今，活性炭的应用非常广泛，在催化剂、精制、试剂回收等等领域都能看到活性炭的身影。
1活性炭的性质及特点
活性炭是一种内部结构发达的无定型碳，吸附力极强，外观呈现颗粒状或者黑色粉末状，主要由沥青、果壳、石油焦还有煤等制成。活性炭的比表面积大，普通活性炭的比表面积为500~1500m2/g，而超级活性炭比表面积则更惊人，为3500~5000m2/g。活性炭主要由碳元素、氢元素和氧元素组成，其中碳元素含量最高，约达90%~95%；氢元素和氧元素则不是独立存在的，而是一种有机官能团，大部分是以化学键的形式与碳原子结合。在这种组合的形式下，氢含量约为4%~5%，氧含量约为1%~2%。酚羟基、羧基、混型羧基还有醚和酯是活性炭中最常见的官能团。制备材料、活化的时间和温度、活化剂的种类和用量以及加热方式等等均会影响活性炭的性质。活性炭的吸附能力与其物理结构和化学性能有关，因此使用不同制备方式制备出来的活性炭，物理结构和化学性能差别很大，由此其吸附性能也会有很大的差距。若是对活性炭的微孔要求较高，则可以采用碱制法；若是对介孔和离子交换能力要求高，那么磷酸发制备就是最佳的选择[1]。在不同的领域使用，对活性炭的性质要求也就不同，因此选择合适的活性炭非常重要，可以通过活性炭的吸附特点来确定活性炭的种类。物理吸附和化学吸附是活性炭的两种吸附作用。其中，物理吸附如通过范德华力进行吸附等，具有可逆、吸热小、对活性炭的微孔数量要求较高等特点。化学吸附主要指化学键的吸附，化学键形成于活性炭的表面，当吸附质碰撞到活性炭的表面时，便会与表面原子发生电子交换、转移共有，从而形成化学键，能发生这些反应主要是因为活性炭的表面力场不均匀，表面原子仍有成键的能力[2]。
2活性炭在水处理方面的应用
活性炭的开发和应用范围越来越广，作为一种吸附性极强的吸附剂，其重要性不言而喻。活性炭在我国最开始主要用于食品加工行业，改革开放以后才逐渐拓展到了环境工程领域。资料表明，20世纪70年代前，我国活性炭广泛用于制糖、味精制作等食品领域；直至90年代，扩大到溶剂回收、污水处理等环保领域，以及黄金提取、超级电容等，进入21世纪，活性炭正不断向更广泛的领域进军。
2.1活性炭对水中重金属离子的吸收
进入工业时代，冶金、合金、纺织印染、电镀和电解特别是颜料制造等行业迅猛发展，带来经济效益，但是，这些行业每年都会产生大量的工业废水，废水中重金属的含量非常高，给人们的生活带来了巨大的危害。处理工业废水的问题刻不容缓，而吸附性极强活性炭是最好的吸附材料，能降低工业废水中的重金属含量。重金属铬在电镀行业中广泛应用，六价铬在工业废水中的存在形态随着废水的pH值的变化而不同。研究表明对于阴离子存在的重金属活性炭的吸附效果并不理想，尽管活性炭比2表面积高、微孔结构发达、物理吸附性极强等优势。若吸附质中存在阴离子，就需要借助活性炭巨大的表面比在表面上负载正价金属，比如铁等对表面进行修饰，通过反应产生化学键，对Cr进行吸附，达到吸附去除Cr的目的。为使电镀废水达到国家的排放标准，还能用改性后的活性炭进行吸附，效果极好。活性炭在去除正价重金属离子方面，优势非常明显。陈艳芳等人通过实验考察了通过活性炭纤维的吸附对去除水中的镉、镍、铜等正价重金属的效果。实验结果显示，不仅活性炭对废水中这三种这种金属离子的吸附性能好，而且吸附剂的再生力强，可循环使用，效果非常好，推广使用的价值非常大[3]。
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2.2对水中有机物的吸附活性炭
除了对水中重金属的吸附性能好以外，对水中有机污染物如除草剂、杀虫剂、农药等人工合成的有机化合物和酚类化合物、苯类化合物石油及其产品等等也有很好的吸附性。此外，不同于其他生物和化学处理方法，用活性炭来吸附水中的有机污染物不会产生其他剧毒性副产品，吸附过后，水体即恢复到良好的状态。
3活性炭在大气污染防治方面的应用
3.1室内空气的污染防治
不可否认，有人在的地方，就会有大气污染，比如说因呼吸产生的二氧化碳、吸烟产生的二手烟等等，特别是在封闭的小环境，比如卧室、厨房、厕所等，污染物的危害就更大了。这些由人的身体活动产生的污染物主要包括：一氧化碳、二氧化硫、二氧化碳、氮氧化物、室内装修产生的甲醛、汗臭味已及油烟等等，治理这类污染物的最佳方案是活性炭吸附过滤法并且辅以空调和换气设备连用法。空调制造商可以将具有针对性的活性炭加入生产的空调中，制造出新型活性炭空调。换气设备，如空调的排烟机，马桶的排气设备等等，也可以研制新型活性炭设备。这些新型活性炭空调、排气设备必会大受欢迎[3]。
3.2烟气脱硫
目前全球硫污染问题非常严峻，已成为防治大气污染的重要课题，而大气中硫污染的罪魁祸首当属煤和石油的使用。大气硫污染带来的最直接的后果就是酸雨，我国煤矿资源丰富，是产煤大国也是用煤大国，据统计数据，我国70%的能源来自自然煤，很明显着手解决煤污染问题刻不容缓。据相关部门统计，酸雨在我国已经很常见了，有个别城市酸雨的pH值甚至达到了4，对人体的危害性极大，对土壤也会造成极大的伤害；绝大部分的大中城市的土地都受到了酸雨的侵害，此外数据还表明，我国至少有三分之一以上的国土在遭受酸雨的侵害。防治酸雨恢复土壤的pH值刻不容缓，防治酸雨需从源头抓起，减少使用含硫能源；针对目前大气中的硫污染，仅靠预防手段难以解决，还需进行烟气脱硫治理。烟气脱硫的原理也是采用活性炭吸附的方式，由此可见防治大气污染，离不开活性炭。
3.3汽车尾气防治污染
如今，马路上络绎不绝的汽车，再给人们的出行带来便利的同时，汽车燃油挥发物和汽车尾气的排放也成为城市空气的主要污染源。汽车燃油的挥发物不仅给司机、乘客和行人带来难闻的气味，还会造成能源的浪费，最可怕的是汽车燃油的挥发物和尾气排放中的碳氢化合物，在阳光的照射下，会与紫外线发生反应，造成光雾污染。解决汽车污染问题，是解决城市空气污染的关键，早在20世纪70年代，西方发达国家就尝试使用活性炭来吸附汽车污染物，他们率先采用ELCD（燃油蒸发控制装置），并取得了显著的成效。近十年来，随着中国经济的发展，私家车数量激增，我国城市汽车污染问题日益严峻，光靠限行无法从根本上解决，还应探索新方式，在污染源刚产生时就把它消除或者吸附，运用活性炭来吸附是很值得推广应用的[4]。
4结束语
随着发展理念的转变，人们不再片面追求GDP，五位一体的总体布局深入人心。独特而优良的性能使得活性炭的应用愈加广泛，尤其是吸附性强这一点，对治理水体污染和大气污染效果显著。搞好生态问题，就是在解决发展问题，要不断开发新的活性炭工艺，促进环境工程的发展；在开发新型工艺时，成本也是我们必须考虑的因素，因为活性炭的应用虽然是为了解决生态环境问题，但是还是属于商业领域。近年来我国对活性炭的研究取得了长足的进步，活性炭的质量和产量显著提高；此外，超临界技术给我们带来了更多的可能，通过该项技术可以用接近临界温度的二氧化碳促进碳的活化，有望生产出性能更加优良的活性炭。相信，活性炭在环境工程中的应用还将会进一步拓展。
参考文献
[1]高莹.活性炭在环境工程中的应用[J].山东工业技术,2016(22):243.
[2]张佩佩,肖厚荣,陈静怡等.活性炭改性方法及其在大气污染防治中的应用研究进展[J].安徽农学通报,2017,23(11):99-103.
[3]沈云鹏.纳米微电解材料在环境工程中的应用研究[J].广州化工,2017,45(11):8-10.
[4]史宇滨,陈子文,鲍玥等.造纸污泥活性炭在催化臭氧氧化降解橙黄Ⅱ中的应用研究[J].浙江大学学报(理学版),2017,44(5):568-575.
论文作者:李井瑞
论文发表刊物:《基层建设》2019年第14期
论文发表时间:2019/10/18
标签：活性炭论文; 大气污染论文; 吸附性论文; 酸雨论文; 重金属论文; 化学键论文; 污染物论文; 《基层建设》2019年第14期论文;