粉末活性炭及其净水机理

    粉末活性炭几乎可以用含碳的任何物质作为原料来制造，制造过程分为碳化和活化两个部分。碳化可以使得原料分解放出水气、一氧化碳、二氧化碳和氢等，使原材料分解成碎片，并重新结合成稳定的具有发达微孔的结构。活化可使微孔扩大形成许多大小不同的孔隙，孔隙表面一部分被烧掉，结构出现不完整，加之灰分和其他杂原子的存在，使活性炭的基本结构产生缺陷和不饱和价键，使氧和其他杂原子吸附在这些缺陷上，因而使得活性炭产生了各种各样的吸附特性。

    活性炭孔径可分为微孔、中孔和大孔，1：大孔(微生物、吸附质、溶剂可到达表面)；2：中孔(吸附质、溶剂可到达表面)，3：微孔(小分子吸附质、溶剂可到达表面)根据国际化学净化和应用协会(InternationalUnionofPureandAppliedChemistry)的分类。大孔主要是溶质到达活性炭内部的通道；中孔同时起到吸附作用和通道作用，对大分子的溶质的吸附有可能堵塞小分子溶质进入微孔的通道，微孔占活性炭表面积的主要部分，是活性炭吸附微污染物的主要作用点。

    活性炭的孔径分布可能大不相同，据此人们把活性炭分为大孔型活性炭和微孔型活性炭。粉末活性炭是一种优良的吸附剂，目前广泛用于去除水中臭味，天然和合成的有机物以及微污染物质。粉末活性炭在水中具有吸附能力在于其巨大的比表面积。与活性炭吸附能力最直接相关的因素是表面的官能团的性能。一般把活性炭的表面官能团分成酸性和碱性两大类，用化学和物理化学分析方法，发现活性炭表面的官能团有羧基、羟基、酚基，羰基等。酸性官能团使活性炭具有极性的性质，因此倾向于吸附极性较强的化合物。特别是类似羧基的基团，易于吸附带极性的水，因而对水中非极性物质吸附作用不强，但当水中含有极性更强的物质时，这些物质可以置换水而被吸附。

    活性炭对污染物的吸附有两种方式：一种是范德华吸附(即物理吸附)，吸附质通过一种相当弱的力结合到吸附剂表面上，在这种吸附中，被吸附分子的化学性质保持不变，吸附质可相对于吸附剂自由移动，吸附是可逆的；另一种方式是化学吸附，前面已经提到，活性炭在制造过程中炭表面能生成一些官能团，这些官能团使活性炭表面和吸附质之间有电子交换或共享而发生的化学反应，这种吸附是不可逆的。在水处理过程中，活性炭对有机物的吸附过程常为两种吸附作用的综合结果。

    在水质控制中，采用活性炭等固体吸附剂来吸附去除水溶液中溶解性的有机物时，吸附速度是一个极其重要的因素。当含有有机污染物等杂质的水与活性炭接触时，水中溶解的有机物先扩散到活性炭的外表面，然后通过活性炭内部的细孔扩散到吸附表面，在表面作用下与吸附表面发生吸附结合，使原水得以净化。总体说来，吸附作用可分为扩散和吸附两个阶段。

    吸附阶段反应速度极快，因此，吸附速度主要由扩散过程控制，溶液条件如pH值、温度、吸附质浓度、存在竞争性物质及溶剂的极性等也都会影响活性炭的吸附功能。一般来说括性炭对水中典型有机污染物的吸附，将随着pH值的降低而增加?。由于吸附是放热反应，水温越低，吸附效果越好。溶液中存在多种混和溶质时，被吸附的各种溶质，有的能够相互诱发吸附，有的能相当独立的被吸附，有的则相互干扰，竞争吸附。下述条件下将发生吸附容量的相互抑制：(1)吸附作用发生在单一或极少的分子层内；(2)溶质的吸附亲和性相差不大；(3)溶质之间不会发生特定的相互反应去诱发吸附。竞争性表明被吸附物的相互抑制程度，与被吸附分子的相对尺寸和相对亲和性以及溶质的相对浓度等因素有关。