摘要：在多個自然科學領域中活性炭被廣泛運用，就是因為其具有優(yōu)越的吸附能力和巨大的孔隙結(jié)構(gòu)。近年來，隨著國內(nèi)環(huán)境的不斷惡化，不斷深入研究水環(huán)境治理技術(shù)也成為了人們關注的焦點，活性炭也因其自身所具備的優(yōu)越特性，在水環(huán)境治理領域大顯身手，被人們逐漸所熟知。它強大的吸附能力，能夠有效地去除將水體中的懸浮顆粒物、重金屬、一些有毒有害物質(zhì)。在污水凈化領域中有重要的意義和廣闊的應用前景。在多領域活性炭被大量使用，其本身所具備的特性已不能滿足現(xiàn)代工藝的要求。因此，從經(jīng)濟和產(chǎn)業(yè)運行工藝角度出發(fā)，改變活性炭分子結(jié)構(gòu)，優(yōu)化原本的功能特性，使其在污水凈化領域中發(fā)揮更大作用。
1 活性炭材料的改性
活性炭的成分除了主要的碳成分，還含有少量的氧和氫，由于不規(guī)則的六邊形結(jié)構(gòu)構(gòu)成了活性炭多微孔體積和高表面積的特性。活性炭的吸附作用主要取決于活性炭孔道結(jié)構(gòu)的分布、比表面積的大小等，因此從這些角度出發(fā)，通過物理和化學方法改變活性炭材料分子結(jié)構(gòu)，從而實現(xiàn)活性炭的改性，優(yōu)化其結(jié)構(gòu)性能。
1.1 活性炭表面物理結(jié)構(gòu)的改性
活性炭的表面物理結(jié)構(gòu)包括活性炭的比表面積、孔體積、結(jié)構(gòu)和孔徑分布，活性炭的吸附性則能受孔徑大小和吸附表面積的限制，表面積越大，孔徑與被吸附顆粒物相當，吸附效果越好。可以通過熱收縮法、浸漬覆蓋法氣相熱解等物理方法，提高活性炭的孔隙結(jié)構(gòu)和表面積的比例、孔徑大小及其活性炭材料的吸附表面結(jié)構(gòu)，以達到改善活性炭材料的物理吸附性能的目的。
1.2 活性炭表面化學性質(zhì)的改性
活性炭分子結(jié)構(gòu)中存在不飽和鍵，在活化過程中，氧與其他原子之間形成各種官能團，因而活性炭表現(xiàn)出多種吸附特性，如選擇性、酸堿性、催化特性等。因此，從活性炭的分子結(jié)構(gòu)出發(fā)，利用物理和化學方法改變活性炭表面的官能團結(jié)構(gòu)，使其成為特定吸附過程中的活性點，從而可以控制其親水/疏水性能以及與金屬或金屬氧化物的結(jié)合能力。表面化學性質(zhì)的改性主要由兩方面決定：一是制備方法，即活化工藝；二是后處理技術(shù)，即表面改性技術(shù)。化學方法包括氧化修飾、金屬改性、酸堿改性及電化學改性。
2 活性炭材料在生活污水處理中的應用
水污染主要來源有兩大方面，即工業(yè)廢水和生活廢水。生活廢水除了包括人們?nèi)粘Ｉ钪挟a(chǎn)生的廢水外，還包括農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中所產(chǎn)生的廢水，這主要集中在農(nóng)村廣大地區(qū)。活性炭作為一種重要的吸附劑在農(nóng)業(yè)、醫(yī)學、環(huán)境等多個領域被廣泛應用，改性活性炭具有比較強的吸附作用和催化作用，可再生、環(huán)保、安全性高，在水環(huán)境治理方面已被廣泛使用。
2.1 影響活性炭水處理的因素
2.1.1 活性炭的性質(zhì)
因為活性炭的吸附作用主要在材料的表面和孔道內(nèi)進行，比表面積越大，孔隙與吸附粒子的尺寸大小相當，吸附性能越好。通過對活性炭材料物理結(jié)構(gòu)的改性對孔隙大小和比表面積的調(diào)整，使活性炭的微孔尺寸與吸附分子尺寸相當，實現(xiàn)活性炭吸附性能的較佳化。
2.1.2 吸附質(zhì)的性質(zhì)
一是溶解度。活性炭良好的吸附性可以將水中大部分的有機污染物、重金屬、懸浮大顆吸附。溶解度越小，越易被吸附。二是溶液pH值的影響。活性炭從水中吸附有機污染物質(zhì)的效果，一般隨溶液pH值的增加而降低，pH值高于9.0時，不易吸附，pH值越低時效果越好。三是溶液溫度的影響。吸附過程是污染物分子被吸附到固體表水污染主要來源有兩大方面，即工業(yè)廢水和生活廢水。生活廢水除了包括人們?nèi)粘Ｉ钪挟a(chǎn)生的廢水外，還包括農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中所產(chǎn)生的廢水，這主要集中在農(nóng)村廣大地區(qū)。活性炭作為一種重要的吸附劑在農(nóng)業(yè)、醫(yī)學、環(huán)境等多個領域被廣泛應用，改性活性炭具有比較強的吸附作用和催化作用，可再生、環(huán)保、安全性高，在水環(huán)境治理方面已被廣泛使用。
2.1 影響活性炭水處理的因素
2.1.1 活性炭的性質(zhì)
因為活性炭的吸附作用主要在材料的表面和孔道內(nèi)進行，比表面積越大，孔隙與吸附粒子的尺寸大小相當，吸附性能越好。通過對活性炭材料物理結(jié)構(gòu)的改性對孔隙大小和比表面積的調(diào)整，使活性炭的微孔尺寸與吸附分子尺寸相當,實現(xiàn)活性炭吸附性能的較佳化。
2.1.2 吸附質(zhì)的性面的過程
溫度高，分子運動加劇，不利于吸附作用。吸附過程是放熱過程，所放出的熱稱為該污染物在此固體表面上的吸附熱。吸附熱越大，溫度對吸附的影響越大。而且，對一般物質(zhì)而言，溫度越高，溶解度越大，因此對吸附效果也有影響。除此之外，吸附操作條件、多組分吸附質(zhì)共存等都會影響活性炭的吸附效果，在實際應用中，應多種因素綜合考慮，設計較佳吸附條件，實現(xiàn)吸附效果的較優(yōu)化。
2.2 活性炭材料在污水處理中的應用
活性炭作為現(xiàn)存比較理想的吸附劑，其獨特的分子結(jié)構(gòu)，較強的吸附性和催化功能，耐酸堿、耐高溫、易再生、不會產(chǎn)生二次污染等優(yōu)點，受到人們青睞。活性炭可有效地吸附水中的有機物、顏色、臭味、油、苯酚等，對水質(zhì)渾濁有明顯澄清作用。
固定床、移動床、流動床和接觸式吸附是活性炭的吸附方式，其中粉末活性炭的吸附方式只有接觸吸附一種。粉末活性炭吸附水中雜質(zhì)是一個復雜的過程，是幾種作用力共同作用的結(jié)果，包括離子吸引力、范德華力等。在歐美等國家的污水處理中粉末活性炭被廣泛使用就是因為其具有投放簡便、設備投資省、價格便宜等優(yōu)點。近些年，隨著環(huán)境的不斷惡化，水污染問題日趨嚴重，水質(zhì)凈化對活性炭的需求量增加，我國對粉末活性炭的研究和應用也在不斷加深認識，并取得了一定成果。在不斷的實踐中，顆粒活性炭的優(yōu)點也日益凸顯出來。顆粒活性炭過濾吸附床去除臭味的使用壽命為3年，而且具有良好的過濾性能，使濾出水濁度達到0.5度以下。
3 結(jié)束語
因為目前活性炭在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、環(huán)境等各個領域中的重要作用，其本身所存在的功能已對在生產(chǎn)工藝中的要求不能滿足。隨著對活性炭材料的表面化學性質(zhì)和表面化學結(jié)構(gòu)的改性方法的深入探究，未來的活性炭材料應向著高的效率、智能、簡便的方向發(fā)展。