活性炭国家专精特新“小巨人”企业活性炭产学研合作

　　工业废水尽管对人和环境有害，但是未经处理的含有无机污染物的废水仍被排放到环境中。可能是传统方法将他们从稀水溶液中除去花费太贵了负担不起，也有些工厂使用比较经济的活性炭来处理这种污染物。活性炭结构坚固，对冲击和磨损具有很强的抵抗力，并且很容易与废水分离。但是，普通的活性炭表面是高度疏水的并且具有很少的表面电荷，从而降低其对阴离子或阳离子的吸附能力。本文讲述了活性炭如何进行表面活性剂改性，以提高其对无机污染物的吸附能力和影响吸附效率的关键因素。

　　表面活性剂改性活性炭在水处理中的应用

　　机污染物和重金属通常作为离子或含水离子络合物存在于溶液中，使得活性炭不太好去除它们。增强活性炭表面以吸附无机污染物的一种技术是表面活性剂表面改性。由于其灵活性和简单性，这种方法是比较可行的。活性炭的表面活性剂表面改性是可以有效地增强其从水性介质中去除无机污染物的吸附能力。在相同的实验条件下，由表面活性剂改性的活性炭除去的阳离子或阴离子百分比通常大于未改性的活性炭。这种较高的吸收能力对于表面活性剂改性的活性炭是一致的，无论其活性炭来源以及粉末状还是颗粒状。

　　改性活性炭的吸附机制

　　未改性活性炭的表面特征表明它们具有官能团，包括羧基(R-COOH)，酚(R-OH)和羰基(R=O)。羰基可与无机污染物络合，而去质子化的酸性官能团可与重金属离子结合。用于从水溶液中除去二价阳离子的阴离子，十二烷基硫酸钠表面活性剂改性活性炭的可能机制如下。

　　1：如果阳离子在修饰后未被表面活性剂覆盖，则阳离子可与最初存在于原始活性炭上的少量活性结合基团结合。

　　2：发现阳离子可以与锚定在活性炭表面上的带负电荷的阴离子表面活性剂基团结合(离子交换)。

　　3：阳离子和氢离子与阴离子表面活性剂的带负电基团之间可能的竞争或抑制结合。

　　总体而言，阳离子(阴离子)吸附到阴离子(阳离子)表面活性剂改性的活性炭上的机理包括离子交换，静电吸引，物理吸附或表面络合，这取决于改性前原始活性炭上的表面官能团的数量，比表面积，孔隙结构。

　　影响表面活性剂改性活性炭去除百分比离子和/或特定离子吸收的因素可大致分为环境因子和表面活性剂性质。环境因素包括工艺参数，例如污染物的初始浓度，接触时间，溶液pH，溶液温度，吸附剂浓度，离子强度和竞争离子。表面活性剂和表面活性剂浓度的类型也有助于活性炭从水溶液中吸附阳离子或阴离子的总体有效性。

　　表面活性剂的类型

　　表面活性剂可大致分为阴离子，阳离子和非离子。目标离子决定了活性炭所需的表面活性剂的类型。这是因为对表面活性剂对活性炭吸附离子机理的研究表明，离子交换通常是主要的机制，而静电吸引，表面络合和物理吸附等其它机制来进行的。因此，如果阴离子是从水溶液中去除的目标污染物，则需要适当的阳离子表面活性剂来改善活性炭。相反，如果阳离子是目标污染物，那么应该选择适当的阴离子表面活性剂进行改性。将表面活性剂锚定在活性炭表面上的灵活性使其成为吸引人的表面改性方法之一。

　　用于活性炭的表面活性剂浓度有助于其特定的污染物吸收。活性炭通常在其临界胶束浓度附近显示出最大的污染物吸收。活性炭需要有良好的微孔结构以允许足够的表面活性剂锚定以获得高净表面电荷并且使表面活性剂改性后的比表面积/微孔体积的减少最小化。溶液pH是影响改性活性炭吸附能力的关键环境参数之一，其变化可用于再生废(饱和)活性炭。阳离子改性活性炭对目标阴离子的吸附容量随着pH值低于pH pzc的降低而增加，但随pH值升高到pH pz以下而降低。阴离子的吸附能力改性的活性炭与pH值高于pH增加靶向阳离子增加PZC但在pH值低于pH降低而降低PZC。总之，表面活性剂改性是一种简单但有效的方法，用于增强活性炭的吸附能力，以从水溶液中除去阴离子或阳离子。

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