活性炭在环境保护方面的应用

活性炭在环境保护方面的应用

作者：王淑芹

来源：《神州》2012年第25期

摘要：空气、水以及食物这是人类在地球上进行生存所不可缺少的物质和必需条件。由于活性炭具有净化水和空气的特性，因而活性炭在改善人类生存条件、保护人类生存环境方面具有极其重要的意义。

关键词：活性炭、特性、环境保护 1、引言

活性炭是一种黑色的、孔隙很细小的炭粒，这种特殊的炭粒是制成于经过碳化的烟煤、褐煤以及果壳或者木屑等多种原料中。由于这种炭粒具有极其细小的被称之为毛细管的孔，这使得它的空隙结构极其发达，因而它的实际表面积极其巨大。因此具有巨大的孔隙和带有众多的孔隙，这是活性炭区别于同类物质的两大特征。众所周知，活性炭之所以具有对空气或者水具有净化作用，就是因为活性炭的表面能对空气或者水中的杂质起到吸附并进行浓缩作用，因此对活性炭这个吸附性能产生影响的最主要因素就是活性炭的比表面积大小。总体来看，活性炭可分为这两种类型：①颗粒炭，②粉末炭。根据实验表明，质量为一克的活性炭，不管是颗粒炭还是粉末炭，其实际表面积竟然都可高达一千平方米，在这一千平方米的表面积中，孔隙内部的表面积占了绝大部分。由此可见，颗粒炭或者粉末炭都具有巨大的比表面积，由于孔隙大小及其表面积是影响活性炭吸附性能的决定因素，虽然在颗粒大小方面粉末炭和颗粒炭有着比较大的差别，因此从吸附性能本质上来看，粉末炭和颗粒炭是没有多大区别的，它们都同样具有极其良好的吸附性能。

2、活性炭在环境保护中的作用 2.1 有关活性炭吸附性能的探讨

有关活性炭的吸附性能主要包括物理吸附和化学吸附这两种类型。

第一、物理吸附作用。利用活性炭把液态中或者气态中杂质去除掉的过程，这个过程就是活性炭的物理吸附。我们知道，所有的分子之所以能够相互吸引就是因为它们存在着着磁力；活性炭具有众多的孔隙因而具有巨大的表面积，在这些巨大的孔壁表面上聚集这数量极其众多的分子，由于分子之间具有磁力，因而这些数量巨大的分子会产生极其强大的吸引力，通过其巨大的表面极其容易把周围水中或者空气中的杂质进行吸收而把它们收集过来。当然被吸附的那些杂质，如果分子直径大于活性炭的孔隙直径，就会大大降低活性炭的吸附能力，就无法保证介质中的那些杂质能够被吸附到活性炭的孔径之中。所以在选择和加工有关活性炭材料时，就必须严格要求相关这些活性炭材料的供给，在具体创造具有不同孔径结构的活性炭，通常是

龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn

通过这两种途径来实现：①不断改变活化条件，②不断改变原材料，以此来保证活性炭能对不同的杂质都能起到吸附作用，从而最大限度活性炭的物理吸附作用。第二，化学吸附作用。在活性炭表面，碳是它的一个主要组成成分，此外在其表面上还含有数量不多的氢和氧，这些氢和氧不仅具有一定的化学结合，而且以一定的功能团形式存在，诸如羰基、酚类、脂类以及内酯类等等；正是这些活性炭表面的络合物或者氧化物能在活性炭表面发生化学反应——与被吸附到活性炭表面的那些物质，通过化学反应，这些氧化物或者络合物就与被吸附物质结合起来，一起固定在活性炭表面，从而对水或者空气起到净化作用，这就是活性炭的化学吸附作用。

通过活性炭的物理吸附作用和化学吸附作用，可以达到这几个作用：第一，把水中的臭味及其所溶解的有机物和微污染物有效地去除掉；第二，对于比较大的有机物分子或者化合物，诸如卤代烃分子和芳香族化合物等等，可以在其表面或者孔隙中把它们牢牢地吸附着；第三，能够有效地去除掉腐质以及合成的有机物。通过大量的实践表明，通过活性炭的吸附作用，可使这三大指标（①总有机炭TOC指标、②总有机卤化物TOX指标、③三卤甲烷指标等）得到大大降低。

2.2 有关活性炭在保护环境当中的具体表现

2.2.1 活性炭对水的净化作用。由于活性炭具有极高的吸附能力，因此活性炭不仅可以把水中的那些异味、异色去除掉，还可以把水中所含的杂质（诸如泥沙、氯、铁锈等等）和病菌有效地去除掉，从而大大改善水的质量。例如在利用活性炭吸附性能改善自来水水质时，具体可以这样操作：①取一根长为1米左右、10厘米孔径的塑料管（或者竹筒、钢化玻璃管）；②在这跟塑料管中先装一些水再把活性炭填充进去；③用有孔的圆板挡住这根塑料管上口和下口，让自来水比较缓慢通过。每分钟具体通过多少自来水量由这根塑料管容积决定；一般来说，这根塑料管里的活性炭所能净化的自来水量约为这根塑料管体积的五百倍，假设这根塑料管体积为6L，则这些活性炭至少可以净化自来水3000L左右；用这种方式来净化自来水，可以把其中的有害物质通过过滤大大降低下来，从而促使自来水，不仅干净卫生，而且又不会损失掉其中所含的对人体有利的、必需的物质，诸如盐类、矿物质等等；此外，以这种方式来净化自来水，不仅仅具有操作上安全可靠、实用简单，而且在价格上还具有低廉、在使用上具有周期长等等优点。当然用活性炭净化自来水也有一些不足之处，例如随着使用时间的增长，附着在活性炭表面的有机物会不断增多，随之出现了不断接近于饱和状态的吸附量，而使得能够净化的水量不断减少。这时就要使用乙醇浸泡→ 纯水冲洗→ 烘干这样进行活化处理来保证所净化水的质量。

2.2.2 活性炭对空气的净化作用。活性炭不仅具有物理吸附，同时还具有化学吸附，因此把活性炭作为吸附剂是极其合适、具有广阔市场前景的。具有巨大的表面积，这是活性炭的一大特征，因此它能充分接触空气中的各种杂质，只要活性炭的巨大表面积一被空气中那些有毒气体一接触，这些有毒气体分子将马上被活性炭孔周围那强大的吸附力场吸入孔内，从而对空气起到显著的净化作用，起到保护人体健康的效果。由此可见，活性炭之所以能把有害气体从空气中有效去除掉，就是因为它具有极其强大的吸附能力。例如把活性炭这种强大的吸附能力

龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn

用于净化刚刚装修完毕的房间室内空气，能有效地把那些污染室内空气的有害气体清除掉，诸如甲醛、二甲苯以及甲苯等等，从而起到净化空气、保护人体健康的作用。

2.2.3 活性炭在卫生保健方面的应用。在国际上受到公认的众多的高效吸附材料之一，就是活性炭。利用活性炭这个高效吸附性能、以活性炭特别是以果壳类活性炭作为原料来制取活性炭口罩，其过滤效果极其优越，在防毒面具上，当前已经被广泛所使用。例如工人在装修房子进行喷刷油漆时，如果戴上这种活性炭口罩，就可以很好地避免因吸收那些有毒气体而危及到自身健康的事件出现。当前这种以高效吸附性能的活性炭纤维来制作活性炭口罩已经在批量生产，它不仅具有低廉价格、方便使用的优点，同时还是一种不会对中微环境产生污染、副作用的产品，因此在卫生保健方面，活性炭具有极其广阔的市场前景。 3、结束语

综合所述可以知道，由于活性炭本身所固有的多孔隙、巨大表面积的特性，使它具有极其的吸附能力，能够很好地把诸如水中、空气中等等介质中的有害物质通过吸附而清除掉，而它本身却不会对环境产生其他不利的影响，因此活性炭是一种名副其实的绿色环保产品，充分应用现有的技术条件大力开发、促使活性炭这种高吸附性能得到广泛的应用，这对于改善环境质量、提高人们身体素质具有极其重要的意义。 参考文献

[1]岳勇等.《臭氧—活性炭工业处理油田轻度污染地下水的试验研究》.东北师范大学学报（自然科学版）.2009.41（2）

[2]王国兴等.《活性炭精脱硫剂的开发及应用》.[J].洁净煤技术.1997.3