活性炭的吸附性能及有机物吸附介绍

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1、活性炭的吸附性能及有机物吸附介绍活性炭的吸附性能及有机物吸附的一般概念活性炭的强吸附性能除与它的孔隙结构和巨大的比表面积有关2外（其比表面积可500-1700m/g），还与细孔的行状和分布以及表面化学性质有关。活性炭的细孔一般为1～10nm，其中半径在2nm以下的微孔占95％以上，对吸附量影响最大；过渡孔半径一般为10～100nm，占5％以下，它为吸附物质提供扩散通道，影响扩散速度；半径大于100nm、所占比例不足1％的大孔也是作为提供扩散通道的。活性炭的吸附通道决定影响吸附分子的大小，这是因为孔道大小影响吸附

2、的动力学过程。有报道认为，吸附通道直径是吸附分子直径的1.7～21倍，最佳范围是1.7～6倍，一般认为孔道应为吸附分子的3倍。活性炭表面化学性质可以说其本身是非极性的，但由于制造过程中处于微晶体边缘的碳原子共价键不饱和而易与其他元素（如H、O）结合成各种含氧官能团，如羟基、羧基、羰基等，以致活性炭又具有微弱的极性，并具有一定的化学和物理吸附能力。这些官能团在水中发生离解，使活性炭表面具有某些阴离子特性，极性增强。为此，活性炭不仅可以除去水中的非极性物质，还可吸附极性物质，优先吸附水中极性小的有机物，含碳越高范德

3、华力越大，溶解度越小的脂肪酸愈易吸附，甚至微量的金属离子及其化合物。活性炭过滤用以脱除水中的微量污染物和对反渗透膜产生损害的游离氯。因为活性炭是一种非极性吸附剂，外观为暗黑色，粒状。主要成分碳、氧、硫、氢，具有良好的吸附性能和稳定的化学性质，可以耐强酸、强碱，能经受水浸、高温、高压作用，不易破碎。活性炭是用动植物、煤、石油及其它有机物作原料，经加热脱水、炭化、活化制成的。具有巨大的比表面积和发达的微孔，微孔直径为20~30埃。此外，活性炭的表面有大量的羟基和羧基官能团，可以对各种性质的有机物进行化学吸附、以及静

4、电引力作用。因此，可以脱色，除臭味，脱除重金属、各种溶解性有机物、放射性元素、胶体及游离氯等。活性炭对有机物的去除活性炭去除有机物的影响因素活性炭对有机物的去除受有机物溶解特性的影响，主要是有机物的极性和分子大小的影响。由于活性炭表面性质基本上是非极性的，故对分子量同样大小的有机物，溶解度越大、亲水性越强，活性炭对其吸附性越差，反之对溶解度小、亲水性差、极性弱的有机物（如苯类化合物、酚类化合物、石油和石油产品等）具有较强的吸附能力。对于分子量大的有机物，由于其憎水性强，体积大，又由于膜扩散、内扩散控制吸附速度，

5、因而导致吸附速度很慢。活性炭对有机物的吸附方式基于上述活性炭对有机物等污染物的吸附现象，可以认为其主要吸附方式为：一是范德华力（分子间力）吸附，是很弱的力，吸附力与活性炭的性质和活性炭本身的微孔结构有关，两者分子间不发生电子转移，故不形成化学键。二是物质在活性炭表面之间有电子交换或共享。前者是物理吸附，是可逆的；后者是化学吸附，是不可逆的。但无论何种吸附方式，都必须接受活性炭本身结构的孔道尺寸是否能够使有机物进入，而后才能被吸附的事实。活性炭去除有机物的特点研究认为，分子量在500～3000是活性炭可能吸附的范

6、围，并随分子量的增大，吸附容量减小（见表1）。分子直径大于活性炭孔径的有机物难以被活性炭吸附。若有机分子直径近似于活性炭孔径，则可能堵塞，形成不可逆吸附。表1活性炭对不同分子量有机物的去除比较原水分子量范围活性炭进水活性炭出水去除率TOC（mg/L）TOC（mg/L）（％）淮河流域＜0.5×1030.811.39—（0.5~1）×1031.660.5964.46（1~3）×1030.900.4846.67（3~10）×1030.060.58—北京田村＜0.5×1030.490.49—（0.5~1）×1030.5

7、0.1570（1~3）×1031.361.1515.44（3~10）×1030.250.238.00尽管两个原水水质不一样，但活性炭对不同分子量有机物的去除却表现出共同的特性。活性炭对分子量为500～3000的有机物有十分好的去除效果，对分子量小于500和大于3000的有机物没有去除效果。对于分子量小于500的有机物非但没有去除效果，反而还有使其增加的可能，这可能是由于分子量小于500的有机物亲水性较强，易被分子量大于500、且具有比其更强的憎水性的、能进入活性炭微孔内的有机物所取代。活性炭对不同分子量的有机物

8、的吸附量的不同是因为活性炭细孔是最有影响的孔径，即孔径1～10nm被吸附分子直径占活性炭细孔的1/3者，占主要吸附容量，可以说，在此范围内的有机物，基本上是小于2~3nm的有机物，能被活性炭表面吸附（如图1）。去除有机物的活性炭的选择目前，国内生产的优质活性炭品种很少，且多数属于气相炭（即18～20埃的细孔占绝大多数），自然界的污染物和有机物要比气体分子大很多，使用气相炭是不适当的。据