风向标|生物质基活性炭处理重金属废水研究进展

北极星水处理网讯:本文综述了生物质基活性炭用于处理废水中重金属离子常用的制备方法，影响其处理效果的因素。指出通过深入研究活性炭表面的理化性质对重金属离子吸附性能影响，获得孔隙结构和表面官能团对重金属离子吸附量的函数关系，优化制备工艺，可以大大提高对重金属离子的吸附性能，并对今后的研究方向进行了展望。

一、前 言

随着城市化进程的加快和工农业的迅猛发展，特别是矿冶、化工、电子等工业的生产过程中，大量含铅、镉、汞、铬、砷、铜、锌、镍等重金属离子的废水未经适当处理直接排放，造成水体污染，严重威胁到人类及其他各类生物的生存，成为全球性的环境问题。

在众多的废水处理方法中，吸附法因其操作简便、处理容量大，能够快速高效地处理低浓度废水( 重金属离子浓度小于10 mg /L) ，受到国内外研究者的广泛关注。目前，应用最多的吸附剂是活性炭，它具有孔隙发达、比表面积大、表面官能团丰富等特点，能够有效地去除废水中重金属离子。但是，高质量的活性炭价格昂贵，且再生效率较低，严重制约其大规模的工业化应用。

以农业、林业、生活等废弃生物质( 稻壳、羊骨、山核桃壳、米糠等) 为材料制备活性炭用于处理废水中重金属离子( Cr6+、Cu2+、Hg2+、Zn2+、Cd2+、Pb2+ 等) ，具有良好去除效果和环境效益。

二、生物质基活性炭的制备

生物质基活性炭的制备过程：首先在隔绝空气的条件下，通过热分解脱去生物质中的水分和挥发分，得到具有原始孔结构的炭物质; 然后通过活化进一步发展其孔隙结构，得到具有发达孔隙的活性炭产品。活化方法主要分为物理活化法和化学活化法2类。

2.1 物理活化法

物理活化法亦称气体活化法，是利用二氧化碳、水蒸汽等气体在700~1000℃高温下，通过氧化反应将炭化物进一步气化。水蒸汽比二氧化碳具有更强的氧化作用，因此制备的活性炭比二氧化碳活化含有更多的含氧官能团，常用于重金属阳离子去除。González 等用水蒸汽活化法制备竹基活性炭吸附Hg2+、Cd2+。结果表明，当活性炭比表面积、总孔容、微孔孔容、表面酸性含氧官能团分别为608 m2/g、0. 69 cm3/g、0. 11 cm3/g、1. 25 meq /g 时;孔隙结构以中孔为主，Hg2+、Cd2+ 的最大吸附容量分别为248. 05、239. 45 mg/g。

生物质中含有硫、氮、氧、氢、磷、氯等杂原子，在炭化过程中形成包括碳在内的活性位点，具有一定的酸碱性，有利于对重金属离子的吸附。但由于物理活化温度较高、反应时间较长，绝大多数官能团在活化过程中被分解，制备的活性炭表面往往呈现弱酸性或弱碱性。Anoop 等降低活化温度、缩短活化时间(活化温度为600℃，活化时间为2 h)，用水蒸汽活化制备甘蔗渣基活性炭吸附Ni2+ ，制备的活性炭比表面积、阳离子交换能力、表面酸性含氧官能团、灰分分别为536. 5 m2/g、3. 96 meq/g、2. 30 meq/g、5. 22%，Ni2+ 的最大吸附容量140. 85 mg/g。甘蔗渣为软壳类木质纤维素，灰分(K、Na、Ca 等)含量较高，不利于制备较大比表面积的活性炭，但表面酸性含氧官能团含量较高，提高了阳离子交换能力，同样增加活性炭对Ni2+ 的吸附量。