活性炭國家專精特新“小巨人”企業活性炭產學研合作

　　為了改善大分子污染物的吸附，促進微生物的生長，用于生物廢水處理或后續處理的活性炭需要大量的中孔和良好的親生物能力。我們使用多種方法把原材料活化生成親生中孔活性炭，采用靜態吸附法研究了活性炭的吸附特性。通過傅立葉變換紅外光譜(FT-IR)檢查表面官能團，發現所制備的活性炭的表面含有羥基，羰基和甲氧基。基于X射線衍射譜(XRD)和三維熒光光譜的分析表明，所制備的活性炭具有較小的微晶直徑和微晶厚度以及增強的反應性，表現出增強的吸附性能。

　　在水中COD和BOD殘留濃度高的生化過程后，仍然沒有經濟適用的處理方法來處理廢水。特別是垃圾滲濾液中含有高濃度的COD和NH3-N，導致廢水中C：N：P的嚴重不平衡比。因此，廢水難以進一步生物降解。此外，生化處理后的垃圾滲濾液中還含有大量的環烷烴，酯類，羧酸，苯酚等有毒物質。因此，需要開發一種效果好，穩定，先進的廢水處理技術。

　　活性炭在低濃度和難降解有機廢水中具有很大的優勢。活性炭的優點包括以下幾個方面。

　　活性炭的吸附功能：有機物富含碳顆粒，增加有機物和微生物的接觸時間，為微生物馴化提供了有利條件，從而可以去除耐火材料�；钚蕴康奈�附增加了碳顆粒周圍的有機物濃度，有利于生物降解。具有裂縫和蜂窩坑的粗糙表面為優勢細菌提供居住區域以避免流體剪切應力。具有強吸附能力的活性炭可以吸收溶解的有機物。這些有機物為細菌提供食物。強烈的微生物活動加速了有機物的去除。即使在有機物含量低的情況下，由于碳表面的積累，微生物仍然活躍地生長并且不斷地分解有機物質。然后流出物中有機物的濃度降低。活性炭降低了有害物質對水中微生物的影響。這主要是因為粘附微生物可以抵抗可生物降解的有機化合物的危害。具有多孔結構的活性炭具有親水表面基團。使用農業廢物為原料制成的活性炭是一種廉價的吸附劑。

　　活性炭處理垃圾滲濾液出水的研究

　　活性炭反應器工藝流程圖如圖1所示。活性炭池由有機玻璃制成，有機玻璃是柱式反應器�；钚蕴砍馗叨葹�2米。內徑為63毫米。填充高度為1800毫米。碳層高度為1500毫米。砂濾器高度為300毫米。反應體積為4.7 L.有5個水取樣口和碳池。底部有曝氣器，碳池頂部有溢流堰。水質分析指標為紫外分光光度法和紫外分光光度計。

　　圖1：活性炭反應器。

　　活性炭的微觀結構

　　使用TEM觀察活性炭的微觀結構(圖2)。透射電鏡顯示活性炭具有豐富的介孔和少量大孔。所開發的活性炭孔結構可用于附著微生物。

　　圖2：活性炭的TEM圖像。

　　活性炭的孔徑分布

　　圖3顯示了中孔活性炭和商業活性炭的N2吸附-解吸等溫線和孔徑分布曲線。如圖3所示，根據分析活性炭的吸附特性，發現它具有I型吸附等溫線的特征。活性炭的孔結構為介孔，為2.0 nm~4.0 nm。中孔率達到68.9%，這種孔結構有利于微生物營養基質和微生物的生長。

　　圖3：活性炭和商業活性炭的N2吸附-解吸等溫線(a)和孔徑分布曲線(b)。

　　活性炭的吸附性能

　　圖4是活性炭和商業活性炭的靜態吸附曲線�；钚蕴康挠昧繛�0.2g，生化水的體積為50mL。圖5是吸收廢水后活性炭的TEM照片。

　　圖4：活性炭的吸附性質。

　　圖5：吸附有機物后活性炭的TEM圖像。

　　根據圖4，活性炭表現出良好的吸附生化水的性質。UV254和TOC的濃度具有類似的變化趨勢。UV254和TOC的去除效率分別為63.0%和59.7%。商業活性炭的吸附性能較弱。UV254和TOC的去除率僅為52.9%和24.8%。商業活性炭的孔體積小于活性炭的孔體積。圖4中活性炭的UV254去除曲線分為兩個階段，它們分別對應于膜擴散和粒子擴散。

　　根據圖5中的TEM照片，活性炭的孔隙結構中充滿了有機物的含量，這意味著活性炭的孔隙可以很好地吸收滲濾液尾水中的污染物。

　　通過對原料特性的分析，本研究提出了一種創新思路，即原料的天然孔結構有利于活性炭的形成。所制備的活性炭的產率為50.9%具有羥基，羰基，甲氧基和內酯親水性官能團�；钚蕴康幕�質趨勢明顯，由于微晶尺寸和微晶厚度小，活性炭表現出增強的反應性。靜態吸附實驗表明，活性炭對滲濾液生化尾水具有良好的吸附作用。已經使用三維熒光光譜來跟蹤吸附過程�；钚蕴吭诶�圾滲濾液生化水中表現出增強的富里酸吸附能力。該研究對控制水污染，改善區域水質具有深遠的積極影響。

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