活性炭在大气污染防治中的应用研究

吴以保

(广州市番禺环境科学研究所有限公司，广东 广州 511400)



活性炭在大气污染防治中的应用研究

吴以保

(广州市番禺环境科学研究所有限公司，广东 广州 511400)

指出了随着社会主义经济的发展，人们对于生活品质的要求也处于不断上升的趋势，生产与消费活动也越来越频繁，而对于自然环境造成的破坏也越来越大。分析了我国经济可持续发展与环境质量的关系，以加强大气环保、降低空气污染为基础，以活性炭为净化空气的主要工具，从其内部结构及作用出发，全面阐述了活性炭在大气污染中所发挥不可替代的治疗作用。

大气污染；活性炭；属性功能；防治应用

1 引言

经济的发展来源于人们日常的生产生活，人类日常生产活动对资源产生消耗，在能源消耗的过程中，各种各样的污染现象也接踵而至。随着生产活动发展类型的多样化与生产领域的扩大化，人类的生产对大气质量影响越来越大。臭氧层空洞、冰川融化等一系列破坏自然的现象皆源于大气污染。与此同时，当前 人们所面临的首要环境问题就是大气污染问题。大气污染不仅给人们日常生活带来影响，还对人们的生存环境的质量造成威胁。随着人们对空气污染治理力度的加大，活性炭的应用也被应用的范围越来越广。活性炭自身是一种以具有超强吸附能力自居的化学用品，由于自身独特的碳分子结构，从而起到净化空气的作用，能够有效吸附空气中的污染物及细微分子。因此，在人类生产与生活中得到广泛的应用。

2 活性炭结构

从化学元素的角度出发，活性炭隶属于碳类元素组合结构，外表呈墨色或黑色，自身是一种形状不定的碳素物质。除此之外，由于其功能性，它也是一种用途范围广、吸附能力强、获取途径易的一种新型高效的纤维材料。 活性炭的主要由石墨微晶或被分离的碳分子构成的。其内部的结构极其复杂,每一部门都有非常复杂的、细微的小孔,孔径大小也是层次不齐，结构复杂多样。由于活性炭外部呈黑色粉末或者颗粒，形状不定，内部微孔数量也极其繁多。 在活性炭吸附过程中，发挥其主要功能、提高其工作效率的主体对象为微孔，中孔及大孔仅作为分子进入的通道而存在。活性炭外部直径非常小，内部孔径大的肉眼能够看到、小的可以达到几纳米，因此大大提高了活性炭的吸附能力，降低由污染物扩散不同程度而对其在吸附过程中所造成的阻力，扩大对物质的吸附面积。

3 活性炭的特点

活性炭的特点与其自身的组成结构有着密切的关系。由于活性炭内部包含数量繁多的吸附小孔、发达的孔隙结构与面积巨大的外表区域, 所以活性炭的吸附能力极强，具有超乎想象的吸附容量、庞大的污染物储存量与令人称赞的吸附速度。 活性炭的吸附作用主要过程如下。活性炭内部组织会对活性炭表面层物质粒子产生一定的牵引力与拉力，但是内外结构之间两者形成的阻力属于不平衡力，而这种不平衡力场的存在会使活性炭表面的活动组织向空气中其他符合条件的介质，捕获其他的物质粒子，从而进一步填充、完善自身，促使不平衡力场从其他环境下得到一定地补偿，维持俩者之间的均衡。 除此之外，活性炭表面具有大面积发达的微孔、中孔以及大孔。这些微孔可以通过中孔、大孔对污染物质的运输，从而实现将大气中污染物的快速、稳定地吸附。与此同时，随着活性炭表面积增大，内部微孔所能吸附大气污染物的容量也会增大，吸附能力与吸附效率也就可想而知了。种种的原因和活性炭本身的结构特点决定了活性炭吸附能力。 而这种强大的吸附能力和吸附容量在防治大气污染方面是十分显著的。活性炭作为一种非极性吸附剂，其吸附作用大多属于物理吸附，吸附效率更多是由被吸附物质体积、表面官能团、温度、 pH值及其比表面积等因素所决定。 一般来说，活性炭比表面积越大，吸附能力越强，表面官能团也对吸附起重要作用。

在对大气净化的过程中，活性炭表面微孔结构的存在不单单以吸附污染物为主，它也发挥着一定的辅助作用。在氧气浓度低、可见度低的空气环境下，污染物的数量极大，活性炭在吸附过程中将污染粒子逐一扩散，促使其阻力大幅度降低，促使活性炭吸附速度加快，在几分钟内就可达到净化空气的效果。

4 活性炭在大气污染治理中的应用

4.1 吸附能力的应用

活性炭由于自身体积微小、产量大、吸附能力强、效率高，因此被人们成为一种天然的“吸附剂”。由于活性炭的碳粒结构紧凑、内部组织稳定，所以在对大气污染物的吸附过程中功能性极强，净化能力较其他净化产品效果突出。在对大气污染物的清理过程中，活性炭充分利用自身的吸附功能，净化空气，美化环境。

4.2 催化剂能力的应用

活性炭除了自身具有超强的吸附功能以外，其催化剂功能在净化空气中的应用也十分突出。由于活性炭和载持物之间有大量的络合物，这些络合物大幅度提升了其催化剂活性以外，活性炭的表面积也具有很好的吸热和耐热性。扩大其用途范围，提高工作效率，增强其实用性。

4.3 机械能力的应用

活性炭的可操作性也很优良，在使用过程中具有很强的抗摩擦性能、抗击打性、分解性与韧性。活性炭通化机械性的帮助下，化学分解能力也得以开发。活性炭内部分子以碳元素为主，它能与很多化学元素发生氧化反应，从而把空气中有毒的化学气体，如二氧化硫、一氧化碳、一氧化氮等转化为硫酸和水蒸汽等对大气没有影响的气体。

在国际上，日本是活性炭研究、开发、生产、应用都比较先进的国家。他们经过长时间的研究与多次测试，将活性炭的生产原料黏胶纤维、沥青纤维等天然纤维进行改良，从而提高活性炭的吸附性能。与此同时，在活性炭表面增加含氧官能团能够增强活性炭表面的活性，从而增强活性炭对 NOX和 SO2的吸附能力。

5 结语

国家、民族、社会的健康发展都离不开自然环境良好的态势，大气污染的预防与治疗同样也关系到社会的健康发展。随着当代社会经济发展的现代化与工业化，物质消耗水平地不断提高，在重视经济发展工作的同时，管理人员及其他工作人员更应该将环境效益与经济效益协调发展，更要注重环境的保护工作，实现环境保护与环境建设的一体化。在对大气污染的治理过程中，对活性炭的生产与应用也提出了新要求。活性炭的生产要充分利用废弃的能源，用先进的科学技术对炭分子进行二次分离再利用，降低资源浪费，提高利用率，促进可持续发展，实现国民经济与社会效益齐发展、双丰收的结果。

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[2]唐晓慧.活性炭在防治大气污染方面的应用研究与展望[J].科技传播,2014(19):133～133,135.

[3]罗永刚, 李大骥, 杨亚平，等 . 活性炭联合脱硫脱硝工艺[J].热能动力工程 ,2001,16(4):444～446.

[4]宋晓岚, 张 颖, 程 蕾,等. 活性炭在防治大气污染方面的应用研究与展望 [J]. 材料导报,2011(7).

2016-09-05

吴以保(1985—)，男，硕士，工程师，主要从事大气污染防治工作。

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1674-9944(2016)18-0090-02