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�；钚蕴坎牧暇哂歇毺氐目紫督Y(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(jì)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(jì)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(jì)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(dāng)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(yuǎn)遠(yuǎn)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(rèn)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�；钚蕴磕苡行У厝コ械挠坞x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(biāo)準(zhǔn)。
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(dāng)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(fù)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(fù)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?jǐn)?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。