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活性炭在制备过程中,由于活化剂(水蒸气、氢氧化钾、磷酸等)侵蚀活化作用,产生大量的孔隙结构,这些孔隙结构的形成,增加了活性炭的比表面积,使其具备的吸附能力。活性炭的吸附能力不但与其孔隙结构有关,还与其表面化学性质一-表面的化学官能团、表面杂原子和化合物有关。不同的表面官能团、杂原子和化合物对不同的吸附质有明显的吸附差别。在活化过程中,活性炭的表面会形成大量的羟基、羧基、羰基等含氧表面配合物,不同种类的含氧基团是活性炭的活性位,它们能使活性炭表面呈现微弱的酸性、碱性、氧化性、还原性、亲水性和疏水性等。这些构成了活性炭性能的多样性,同时影响活性炭与活性组分的结合能力。一般而言,活性炭表面含氧官能团中的酸性化合物越丰富,吸附极性化合物的效率越高;而碱性化合物较多的活性炭易吸附极性较弱的或非极性的物质。
为了增强活性炭的吸附能力,常常对其进行改性处理。通过化学氧化、还原以及负载等改性方法可使活性炭表面的化学性质发生改变,增加酸碱基团的相对含量可选择吸附极性不同的物质,或通过增加特定的表面杂原子或化合物来增强对特定吸附质的吸附。

经过臭氧处理后进行活性炭处理主要有以下三个好处:①破坏水中残余臭氧,一般发生在初炭层的几厘米处;②通过吸附去除化合物或臭氧副产物;③通过活性炭表面细菌的生物活动降解物质。实验研究表明,在活性炭处理过程中,同时发生快速吸附、慢速吸附和生物作用。臭氧生物活性炭工艺运行之初,活性炭具有大的吸附容量,起主导作用的是快速吸附,既可以吸附小分子物质,也可以吸附非生物降解的大分子有机物。随着过滤器吸附能力饱和运转时间的增长、大量的有机物积累在活性炭表面,活性炭的吸附容量逐渐减少,吸附速率也随之下降,以慢速吸附为主,与此同时生物活动也开始,并逐步达到生物吸附平衡。大约要运行5~20d的时间,活性炭表面才会出现明显的生物活性。
在臭氧生物活性炭法进行水处理的过程中臭氧与生物活性炭两者的作用是互补的。臭氧与有机物的主要反应是破坏炭化物的双键产生酮和醛,这些产物是管网系统内细菌的养料,如果在处理过程中没有去除这些养料,细菌就会在管网中迅速滋生,为了避免这种现象,应采用适当的生物处理,如活性炭或慢滤池,利用滤料表面的细菌将这类化合物降解去除,也可以在处理厂出水前投加少量氧化剂,如CI,CIO;等,如果没有活性炭这种生物过滤器,就增加这类氧化剂的投加量,但绝大部分可溶有机物被活性炭上的生物去除后,则大大减少了这类氧化剂的投加量,这也同时降低了新的气味和色度污染问题,可根据检测管网的细菌量来不断调整臭氧的投加量,使加氯量降低50%。

活性炭能吸附溶液中的四价钒离子和五价钒离子,溶液的pH值和活性炭表面性质对其吸附有一定影响。四价或五价钒离子的被吸附在一定pH值范围内都因pH值增加而增加,在pH值范围2.5~3之间达到大,此后降低;氧化处理后的活性炭对钒离子有较大的吸附率,从偏钒酸钠溶液中以氧化改性的粉状活性炭吸附钒,可从含量50mg/L的溶液中去除90%的钒。
当使用较大量的活性炭或较长吸附时间时,活性炭的吸附率有所提高、即溶液中更多的钒被吸附。例如:以0.5gC/100mL和5.0g C/100mL,同样吸附时间3h比较,溶液中钒的残留百分比:前者约40%,后者约9%。再以
5.0gC/100mL的吸附时间1h和3h比较溶液中钒的残留量百分比:前者约22%,后者约9%,
有人对水中痕量钒用活性炭进行预富集,研究了水中痕量钒的吸附和解吸条件以及活性炭对钒的吸附容量。50mg活性炭可对500mL的水中80μg以内的钒进行定量回收,回收率在93%~104%之间。本法对合成海水样品痕量钒量进行分析测试,结果满意。4 含磷废水废水中含有机磷农药,如对硫磷、甲基对硫磷等,可用活性炭吸附。

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