改性活性炭在苯酚废水处理中的应用

徐越群 赵宏杰

（石家庄铁路职业技术学院1） 河北石家庄 050041 邯郸职业技术学院2） 河北邯郸 056000）

改性活性炭在苯酚废水处理中的应用

徐越群1）赵宏杰2）

（石家庄铁路职业技术学院1）河北石家庄 050041 邯郸职业技术学院2）河北邯郸 056000）

水体的有机污染随着我国工业化的发展在不断的加剧，对有机污染物采取有效的去除措施一直是污水处理的难点和热点问题，苯酚废水的处理就是其中之一。活性炭在对有机污染物的去除方面应用较多，但也常常存在吸附率低下等问题。而通过对活性炭的改性可以在一定程度上改变其表面围观结构，增强其吸附性能。本文通过对活性炭改性方法的研究，总结了酸性改性、碱性改性、金属离子改性以及Fenton改性活性炭的研究方法，为研究苯酚废水的处理提供了帮助。

改性活性炭 苯酚 废水

1 含酚废水的危害

含酚废水是一种很典型并且广泛存在工业有机废水，其主要来自于煤气、炼油、焦化以及苯酚或酚、醛为原料的制药、化工等生产过程。苯酚属于毒性较强的化学危险品，可被呼吸道、皮肤以及消化道所吸收，人体摄入一定量的苯酚就会出现急性中毒症状。苯酚能与人体或者是生物活体的蛋白质相结合并使其变性，最终导致人体组织损伤甚至坏死，引起生物的中毒。苯酚其数量之大、来源之广、危害之严重，已经被列入各国水污染控制中重点解决的有毒有害废水中。酚类化合物作为一种典型的持久性有机污染物，其污染和治理技术都应该得到广泛的关注。

2 含酚废水的处理现状

目前用于治理苯酚的技术主要有吸附技术、生物降解技术、光催化降解技术等方法，较为常见的有生物处理法和活性炭吸附法。采用生物处理法处理苯酚废水，在处理前必须先进行一些必要的预处理工作，同时要提供适合微生物生长的条件。在这些方法中，吸附法操作更为简便、成本更为低廉而受到人们的关注，此种方法尤其适合于低浓度有机污染物的处理。在吸附法处理苯酚废水的过程中，吸附剂的选择是核心问题。而活性炭和其他吸附剂相比具有发达的孔隙结构和巨大的比表面积，所以活性炭更加适用于吸附相对分子量在45~130之间的低浓度的有机物。活性炭目前被认为是吸附法处理苯酚废水的最主要的吸附剂之一。近些年来，人们试图利用对活性炭的表面进行改性，来增加其对污染物的吸附性能，国内外也取得了一定的进展。

3 活性炭改性的意义

活性炭一般是包括煤、石油或沥青等物质在内的一种有机物质，把这些物质经过碳化、活化等工艺制成一种孔隙比较发达、以炭作为骨架结构的黑色固体物质，其主要化学成分是碳元素，另外还含有少量的氮、氢、氧等。活性炭属于一种多孔的固体吸附剂，具有比较稳定的化学性质，耐热耐酸碱性能好，吸附容量较大，吸附速度快，饱和后能够再生等优点，能够有效的吸附各种有机物和无机物。活性炭的内部结构比较复杂，它不像石墨、金刚石那样碳原子按一定的格局规律排列，也不像一般含碳物质那样含有多种复杂的有机物质。活性炭有着庞大的分子结构，具有其自身独特的物理和化学结构，这些特征决定了活性炭成为一种优良的吸附材料，也决定了活性炭的基本性质、性能和使用效果。

活性炭除了比表面积和孔隙结构外，他的表面化学性质起着更为重要的作用，其表面化学性质决定了活性炭的化学吸附性能。化学性能主要是由其表面的化学官能团、化合物和表面杂原子确定的，不同的表面官能团、化合物和杂原子对不同的吸附质有着非常明显的吸附能力的差别[1]。化学性质的不同会影响到活性炭的酸碱性、湿润性、催化特性、吸附选择性、电性质等[2]。所以，对活性炭表面进行化学改性，从而改变其表面的化学结构，使活性炭吸附针对某一类物质更具有选择性，具有深刻的意义。

4 改性活性炭处理含酚废水的应用研究

活性炭改性的目的是通过改变活性炭表面官能团的类别和数量，来增强活性炭对特定吸附质的吸附能力。如何使目标物质（即所要吸附的原子、分子或离子）与活性炭之间的吸附处于优势地位，是提高活性炭吸附效率的关键，这就需要对活性炭进行有目的、有针对性的改性。

4.1 酸性改性活性炭

用酸对活性炭进行改性，主要是利用酸的强氧化性对活性炭表面进行处理，以提高活性炭中酸性集团的含量，从而增强对极性物质的吸附能力。一般情况下活性炭属于非极性物质，由于它属于疏水性，所以可以在水溶液中有效的吸附各种非极性的有机物，但是对于溶液中具有一定极性的亲水性的溶质的吸附来说就比较困难了[3]。

4.2 碱性改性活性炭

活性炭的改性采用浓度为10%的氨水，经研究表明，活性炭经过改性后，在活性炭的表面处出现了多处塌陷，原来的孔隙结构遭到碱性试剂的破坏，暴露出了更多的内部构造，从而表面积有所增大，吸附能力增强。与未改性活性炭相比，用氨水改性活性炭，大大的提高了对苯酚的去除率，去除过程主要分为以下几个阶段：第一阶段为快速吸附过程，第二过程为减速吸附过程，最终达到平衡[4]。利用氨水对活性炭进行改性，使活性炭表面结构和表面的化学性质发生了改变，加大了对苯酚的去除率。

4.3 金属离子改性活性炭

金属离子改性活性炭指的是使活性炭表面负载金属离子，通过活性炭的还原性和吸附性，使金属离子在活性炭表面上达到优先吸附，然后再利用活性炭的还原性质，将金属离子还原成低价态的离子或单质，由于金属离子与吸附物之间具有较强的结合力，从而增加了活性炭对被吸附物质的吸附性能。目前常用的负载金属离子有铜离子和铁离子等。

4.4 Fenton改性活性炭

Fenton试剂是最近几十年新兴起来的水处理技术，相比于其他高级氧化技术，因为反应过程简单、快速、可产生絮凝而倍受人们的青睐。Fenton试剂法首先在体系中迅速产生氧化性极强的羟基自由基，羟基自由基可以通过亲电加成、电子转移、脱氢反应等途径与水中的有机污染物发生反应形成进一步氧化的反应中间体；如对苯二酚、1,4-苯醌、脂肪类羧酸等，再进一步反应最后矿化成二氧化碳和水，以达到污染物快速安全去除的目的[5]。

5 结语

酚类化合物是重要的化工原料和中间体，他也是许多工业企业生产的副产品，含酚废水在我国水污染控制中被列为重点解决的有害废水之一[6]。活性炭利用其较大的比表面积和各种活性基团成为了苯酚废水的主要处理方法。经过改性的活性炭，通过调整活性炭的孔隙结构，对表面集团进行改性，从而提高了其特殊性能和特定的吸附与催化性能， 改善了对苯酚废水的处理效果，大大提高了对苯酚废水的处理效率。

[1]Grajek H,Swiatkowski A,Witkiewicz Z,et al.Changes in the surface chemistry and adsorptive properties of active carbon previously oxidized and heat-treated at various temperatures.I.physicochemical properties of the modified carbon surface.Adsorption Science and Technology,2001,19(7):565-576.

[2]Fabish T J,Schleifer D E.Surface chemistry and the carbon black work function.Carbon,1984,22(1):19-38.

[3]Comninellis Ch,Pulgarin C.Anodic Oxidation of Phenol for wastewater Treatment [J].Applied Electrochemistry,1991,21:703~708.

[4]N.Belhadj and A.Savall.Electrochemical Degradation of Phenol in Aqueous Solution on Bismuth Doped Lead Dioxide:A Comparison of the Activities of Various Electrode Formulations[J].Appl.Elec-trochem,1999,29:277~283.

[5]王怡中,胡春,汤鸿霄.在TiO2催化剂上苯酚光催化氧化反应研究[J].环境科学学报,1995,15(4):472~479.

[6]张威,张文卿.国内外含酚废水处理技术的研究与进展[J].环境保护与循环经济,2008.28(2):29-31.

Application of Modified Activated Carbon in Phenol Wastewater Treatment

Xu Yue-qun1）ZHAO Hong-jie2）
(ShijiaZhuang Institute of Railway Techology1）ShijiaZhuang Hebei 050041 Handan Polytechnic College2）Handan Hebei 056000 China)

Organic pollution of water is increasing with the development of industrialization. the effective removal of organic pollutants has been the difficulty and one of the hot issues of sewage treatment and the phenol wastewater treatment is one of them. Activated carbon is often used in the removal of organic pollutants, but there are often problems as low adsorption rate. The modification of activated carbon can change its surface structure to a certain extent and enhance its adsorption performance. In this paper, the method of modification of activated carbon was studied, and the research methods of acid modification,alkaline modification, metal ion modification and Fenton modified activated carbon were summarized, which provided help for the study of the treatment of phenol wastewater.

modified activated carbon phenol waste water

A

1673-1816(2017)03-0086-03

2016-06-18

徐越群（1978-），男，汉，河北廊坊人，副教授，硕士，研究方向为能源与环境。

项目来源：河北省科技厅自筹经费项目（16273611）