活性炭国家专精特新“小巨人”企业活性炭产学研合作

　　活性炭吸附废水中的新兴污染物，我们研究了很多生物质制成的活性炭作为水中新兴出现污染物的吸附剂应用。该研究首先确定了在水流中常见的不同类型的新兴污染物，描述了可用于合成活性炭的生物质来源，并且描述了吸附剂的特性活性炭吸附新兴污染物的部分数据。

　　新出现的污染物

　　新兴污染物是由于我们社会的新消费习惯和新技术的发展而在低浓度废水中发现的那些化合物。由于还没意识到这些化合物的危害性，这些化合物的排放限制不太完善，从而导致环境污染。被视为新兴污染物的化合物包括许多不同的物质，如个人护理产品(PPCPs)，食品添加剂，增塑剂和杀虫剂等。有些污染物的低浓度，通常在ng·L -1至μg·L -1的范围内，使得它们在常规水处理厂中的检测和清除非常困难，因为一般水处理厂没有设计用于处理如此低浓度的污染物。只有开发和更多可用的新的和更准确的分析技术，如液相色谱与质谱联用，才能检测出这种新型污染物。对于以后废水中这些化合物的允许浓度和严格的排放指标可预见的未来发展，所以为新兴污染物去除的研究是很有必要的。

　　制成活性炭的生物质原料

　　生物质例如碳水化合物，脂质和蛋白质，其可以被转化成生物燃料和不同产品中的生物炼制概念。生物质涵盖所有形式的有机物质，包括生物和废物形式的植物，以及动物废物。它可分为两种废物或专用能源作物。生物质废料包括农业和森林残余物，城市固体废物，食品加工废物和动物粪便等。作为重要的生物能源，不能忽视从这些废物中获得的价值。如果有效利用，生物质废物可以用作合成高价值固体产品和/或化学品的原料，以及用于减少不可再生化石燃料来源的能量消耗。此外，固体废物的使用还可以节省垃圾填埋空间并提高生物质资源的价值。不同类型的生物质原料总结在图1中并在下面简要描述。

　　图1.不同类型的生物质原料。

　　活性炭的制造方法

　　一般而言，活性炭吸附剂可以由其组成中具有高比例碳的任何前体制造。因此，生物质材料是活性炭吸附剂的理想前体。在这项研究中，生物质在热处理后得到生物炭，生物炭经过进一步活化，而在活化步骤后获得活性炭。常见的生物质材料如橄榄核等等。图2显示了生物质的活性炭制造方法。生物炭通常在碳化时制备，而活性炭需要使用物理和化学活化产生更加发达的孔隙。合成的活性炭的孔隙率，表面化学和产率高度依赖于起始生物质组成和合成中使用的操作条件。

　　图2.来自生物质的活性炭制造。

　　新兴物污染物在生物质制成的活性炭上吸附

　　由于新出现的污染物的去除在水净化中受到特别关注，表1总结了目标新兴污染物，用作吸附剂的活性炭的一些特征参数(包括生物质前体和活化剂)，活性炭吸附研究中使用的温度和pH以及吸附能力，可以从以前研究过的项目中获得数据。

　　由于这些吸附剂的特性的多样性，污染物分子的化学性质和吸附条件，很难建立活性炭吸附新兴污染物的一般关系。然而，通常认为吸附通过有时可同时发生的不同机制进行，包括：(1)活性炭的石墨烯层的π电子与吸附物的芳环的π电子之间的分散相互作用;(2)供体-受体相互作用，涉及作为供体的氧表面基团(例如羰基)和作为受体的有机污染物的芳环;(3)吸附剂-吸附物静电相互作用和氢键。尽管如上所述，难以建立一般的吸附机理，但可以假设一些一般性陈述：(a)吸附机理是复杂的，涉及静电和吸附剂-吸附物分散相互作用;(b)该过程由许多不同因素决定，包括吸附物溶解度，吸附剂和吸附物的疏水性以及π-π相互作用的强度;(c)π-π相互作用的强度取决于吸附质特征和活性炭芳环官能度，后者可通过不同类型的处理进行改性;(d)溶液的pH值对吸附机理起着至关重要的作用，因为它会影响活性炭的表面电荷以及吸附物的电离和形态。。

　　使用生物质废物作为合成活性炭的原料的优点，即：(i)废物的重新评估;(ii)最终碳的成本较低，因为前体可以低成本或非成本广泛获得;(iii)碳是从可再生资源中获得的;(iv)由于其生物质来源，碳燃烧不会增加大气中的CO2积累。

　　水中出现的新兴污染物很可能成为未来几年的问题。因此，寻求新技术或开发现有技术对于确保安全和持续的供水至关重要。此外，由于资源和能源短缺，这些过程和技术必须具有经济和环境可持续性。在此背景下，目前的综述强调了生物质废物作为活性炭制造的前体材料，对新兴污染的吸附有着很大的潜力。不过主要研究的目的是活性炭的更多应用方面。

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