摘要：綜述了活性炭在環(huán)境保護領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀，主要有水處理、粉塵和廢氣的處理，并展望了活性炭吸附技術(shù)應(yīng)用的前景和發(fā)展趨勢。
1 概述
活性炭是一種綠色環(huán)保吸附材料，能夠更廣泛地應(yīng)用到垃圾焚燒、室內(nèi)空氣凈化、高速公路隧道以及大城市交通過密地區(qū)的空氣治理等新領(lǐng)域。活性炭材料具有獨特的孔隙結(jié)構(gòu)和表面活性官能團，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，機械強度高，耐酸、耐堿、耐熱，不溶于水和有機溶劑，使用失效后可以再生，廣泛地應(yīng)用于環(huán)保、化工、食品加工、濕法冶金、藥物精制、軍事化學(xué)防護等各領(lǐng)域。
2 活性炭國內(nèi)外應(yīng)用現(xiàn)狀
由于活性炭對水中微量有機污染物具有優(yōu)良的吸附特性，早在20年代末30年代初國外就開始用粉狀活性炭去除水中的臭和味，1930年第一個使用粒狀活性炭吸附池除臭的水廠建于美國費城。在20世紀60年代末70年代初，由于煤質(zhì)粒狀炭的大量生產(chǎn)和再生設(shè)備的問世，發(fā)達國家開展了利用活性炭吸附去除水中微量有機物的研究工作，對飲用水進行深度處理。在20世紀60年代末70年代初粒狀活性炭凈化的裝置在美國、歐洲、日本等國陸續(xù)建成投產(chǎn)。美國以地面水為水源的水廠已有90％以上采用了活性炭吸附工藝。目前世界上有成百座用粒狀炭吸附的水廠正在運行。
我國在20世紀60年代末期，開始利用活性炭去除受污染的水源水的除臭、除味。目前我國活性炭在空氣凈化、水處理等領(lǐng)域應(yīng)用較多，并呈現(xiàn)出應(yīng)用量增長的趨勢。隨著環(huán)保力度的不斷加大，活性炭需求量不斷增長，出口量也不斷上升。有關(guān)數(shù)據(jù)表明，目前中國活性炭企業(yè)已發(fā)展到400多家，活性炭年生產(chǎn)能力50萬噸，已經(jīng)超過美國、俄羅斯、日本，居世界第一位。專用高檔炭如高比表面積炭、高苯炭、纖維炭已滲透到航天、電子、通訊、能源、生物工程和生命科學(xué)等領(lǐng)域。
3 活性炭在日常生活中的應(yīng)用
3.1 防毒面具中的應(yīng)用
活性炭用于防毒面具始于第一次世界大戰(zhàn)，并且成了推動當時活性炭工業(yè)發(fā)展的重要因素。但由于氣體和蒸汽狀化學(xué)毒劑的種類多，分子結(jié)構(gòu)和特性各異，單一的作用難以達到全面濾毒的目的，目前世界各國均將活性炭分別浸漬銅、銀、鋅等金屬氧化物以及吡啶、皮考啉等制成專用活性炭—— 催化劑。
3.2 煙氣治理中的應(yīng)用
煤炭燃燒在我國能源構(gòu)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)是主要的大氣污染物，所以煙氣污染是我國亟需解決的環(huán)境問題。在紛繁復(fù)雜的治理技術(shù)中，活性炭材料脫硫脫硝因其處理效果好、投資運行費用低、實現(xiàn)“資源化”、且易于再生利用等優(yōu)點而引人注目。尤其是改性后的活性炭材料其脫硫脫硝性能遠遠好于普通的活性炭材料。
SO2是主要的大氣污染物，是造成“酸雨”的主要原因，活性炭吸附法脫硫得到了廣泛的應(yīng)用。但是，單一的活性炭脫硫，速度慢，效率低。提高活性炭脫硫的性能，改性活性炭引起重視，它能克服普通活性炭的某些缺點和限制，被認為是有前景的脫硫劑之一。氨由于其較小的分子量并有極性，而較難被吸附，因此，為了取得較好的吸附效果，國內(nèi)外學(xué)者研制了數(shù)種改性活性炭。結(jié)果表明，以亞鐵鹽和銅鹽配方處理的活性炭對其有很好的吸附性能。
3.3 水處理中的應(yīng)用
3.3.1 水質(zhì)凈化
活性炭在凈化給水方面不僅對色、嗅去除效果良好，而且對合成洗滌劑ABS、三鹵甲烷(THMs)、鹵代烴、游離氯也有較高的吸附能力，也能有效地去除幾乎無法分解的氨基甲酸酯類殺蟲劑等。活性炭能有效地去除水中的游離氯和某些重金屬（如Hg、Sb、Sn、Cr）且不易產(chǎn)生二次污染，常用于家庭用水及飲用水的凈化處理工藝中。
3.3.2 污水處理
活性炭在廢水處理方面的主要優(yōu)點是處理程度高、出水水質(zhì)穩(wěn)定。與其他方法配合使用可獲得質(zhì)量很高的出水水質(zhì)，甚至達到飲用水標準。
劉紅等發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)e2+的催化效果明顯優(yōu)于Cu2+，焦化廢水在經(jīng)3g／L的活性炭吸附后，再以1.5L的 H2O2、0.4g／L的Fe2+進行催化氧化，COD總?cè)コ士蛇_96.3%。宋志文等采用生物活性炭法處理低濃度甲醇廢水，利用活性炭的吸附作用和生物膜的降解作用，處理效果明顯好于樹脂和單純活性炭吸附。在其較佳運行條件下，當甲醇的質(zhì)量濃度為11.3～23.1mg／L時，去除率大于90％。陳穎等用載鎳活性炭對含活性紅X—3B廢水進行處理，去除率能達到98.74％以上，較不加金屬的活性炭去除率提高30％。Xie xiang等也研究發(fā)現(xiàn)，活性炭經(jīng)硝酸改性后再負載硝酸銅進行二次活化制備高性能活性炭，可使硝酸銅的催化性能得到進一步的提升。活性炭單獨使用也有特殊的效用。A.Fortuny等研究發(fā)現(xiàn)，活性炭在催化濕式氧化傳統(tǒng)污水廠不能處理的含酚廢水方面是有希望的替代品。在與其他金屬催化劑的240h對比測試中，不負載任何金屬的活性炭表現(xiàn)出最高的酚轉(zhuǎn)化能力。研究表明，低灰分（質(zhì)量分數(shù)3.75％）活性炭在酚的濕式氧化中有催化效應(yīng)。在轉(zhuǎn)化酚的過程中，炭因燒失而逐漸消耗且炭表面積也減少了，這是其酚轉(zhuǎn)化能力從100％下降到10d后的48％的原因。目前科學(xué)家正重點研究尋找合適的酚氧化條件，以避免炭的消耗。
3.3.3 有機工業(yè)廢水處理
由于活性炭對水中的有機物具有較強的去除能力，對一些難以被生物降解的有機物更有獨特的去除效果，因而被用于制革廢水處理、造紙染料、化工廢水處理、焦化廢水處理及其它有機廢水處理中。Tomaszewska等研究了Mavmee河中的有機污染物后指出：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)，而活性炭則有較好的去除效果，在河水中投入10mg/L的活性炭可以將引起臭味的土臭素（Geosmin）和2－甲基異茨酸（MIB）從66mg/L降到2mg/L。
3.3.4 無機工業(yè)廢水處理
某些活性炭對于廢水中無機重金屬離子具有一定的選擇吸附能力。如顆粒狀活性炭對于Ag、Pd、Cd 等離子的吸附去除率可達85%以上。對其他金屬離子如銻、鉍、錫、汞、鈷、鉛、鎳、鐵等均具有良好的吸附能力。
4 發(fā)展前景
傳統(tǒng)的炭材料為粉狀或顆粒狀活性炭，隨著研究的深入，出現(xiàn)了許多新型炭材料，有的已經(jīng)在環(huán)境工程中得到了應(yīng)用。甚至在作為環(huán)境相容材料，在仿生材料、綠色包裝、生態(tài)建材等方面也極具前景。隨著人類環(huán)保意識的增強和綠色化學(xué)的提出，活性炭纖維的研究與應(yīng)用受到了各國研究人員的密切關(guān)注。在環(huán)境保護、電子工業(yè)、化工、低成本SiC纖維、醫(yī)療衛(wèi)生、勞動防護等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景。