摘要：水对人们维持正常的工作、生活等活动至关重要，但是近些年我国一切以经济发展为中心，在发展经济的同时造成了水资源的严重污染和浪费，造成现在我国的用水紧张。因此为了实现可持续发展战略，国家近些年一直在开发水处理技术，包括工业废水处理，海水淡化等举措，我国传统上是采用活性炭吸附污水中的有毒有害物质，精华水资源，有效地缓解了缺水问题，但是活性炭不能循环吸收，用于水处理的规模不大，因此本文通过对活性炭结构等的分析，指出活性炭处理污水的原理，并且分析了改性活性炭的方法，指出了一些活性炭在水处理中的应用实例。
关键词：活性炭；改性方法；水处理；应用
一、我国水资源现状及活性炭简析
水对于人类的生存至关重要，人体中含有丰富的水分，每天需要摄入大量的水分，同时每天也会通过汗液、尿液等排出大量的水分，人体中的水分含量占人体重量的百分之七十多，远远超过人身体中其他成分的含量之和，因此可以说水是人类生存的根基，没有了水分人类根本生存不下去，水对人类的作用比粮食还要巨大。我国的国土面积中海洋面积比陆地面积打了很多，水资源含量丰富，但是我国的大部分水资源都是海水资源，虽然含有很多对人体有益的元素，但是必须经过处理变为淡水才能被人体吸收，现在我国已经开始研究海水淡化技术，但是目前没有达到人们的预期目标，因此淡水供应仍然比较吃紧。
我国的水资源分布也不均匀，南方的水资源含量相对丰富，而北方的水含量就相对匮乏，尤其是新疆、内蒙古等地水资源极度紧缺，新疆地区的水价跟油价都差不多，连我国的首都北京也很缺水，因此国家花费大量精力实行了南水北调工程，用南方相对富裕的水资源解决北方淡水紧缺的问题。并且近些年来环境污染严重，更加加重了水资源的负担，温室效应引起地球两极冰川融化，大大降低了淡水储备，酸雨等也会腐蚀淡水，造成淡水紧缺，而工业废水不加处理地排放到河湖中，造成河湖水污染严重。
我国近年来一直在试图解决水资源短缺的问题，包括开发海水淡化技术，虽然目前取得了一定的进展，但是规模不是很大，无法填补我国水资源短缺的巨大缺口；最有效的办法还是控制污染，严格控制工业废水的排放，开发有效的污水处理技术。活性炭是一种很好的吸附剂，资深性质稳定，吸附能力强，并且不会对环境造成破坏，我国传统上经常使用活性炭吸附水中的一些污染物。并且活性炭可以吸收污水中的异味，也可以有效吸附污水中的重金属或重金属离子，减少水中的细菌，因此在水处理中应用广泛，但是活性炭自身有一定的局限性，比如只能吸附某些特定物质，并且活性炭的孔容小，导致吸附能力有限，不能用于大规模的水处理。因此很多人研究活性炭特性，对活性炭进行改性，发挥其优势，抑制不足，增加活性炭的应用。
二、活性炭改性
1、物理改性
活性炭的比表面积大，微孔含量多，并且孔径分布宽，因此活性炭可以有效地吸收孔径较小的分子，并且吸附能力极强。对活性炭的物理结构改性比较简单，操作也很便利，活性炭进行吸附的原理是：比活性炭的微孔直径小的吸附质分子可以通过活性炭表面进入微孔中，这样就可以除掉吸附质分子了。但是活性炭的微孔体积是固定的，一旦吸附了一定数量的吸附质分子之后，就不能再吸附别的吸附质分子了，因此吸附能力有限。而对活性炭进行物理改性就是在制备活性炭的时候采取一些物理或化学方法调整活性炭的空隙结构和分布等，或者可以通过增大比表面积来提高活性炭的吸附性能。虽然对活性炭进行物理改性可以提高活性炭的吸附能力，但是通常提高幅度有限，效果不是很好。
2、化学改性
对活性炭进行化学改性的方法有很多，常见的有氧化改性、还原改性、使用负载无进行改性，使用低温等离子体进行改性和使用酸碱进行改性。
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（1）氧化改性
活性炭表面的官能团是影响活性炭吸附性能的关键因素，用合适的氧化剂对活性炭表面进行处理，可以增加活性炭表面官能团的数量，而增加活性炭吸附性能，因此经过氧化处理后，活性炭吸附能力大大增强。通常使用硫酸、硝酸、双氧水，氧气等作为氧化剂，其中硝酸的氧化能力最强，经过硝酸处理后的活性炭的效果也最好。
（2）使用负载物质进行改性
负载改性通常是指使用金属离子或者金属氧化物处理活性炭，活性炭表面对于金属离子有较强的吸附能力，并且吸附之后活性炭还会由于自身的还原性还原金属离子，使金属离子变成较低价态或者直接成金属，而有些被吸附物可以和金属或金属离子有机结合，从而大大提高了活性炭的吸附能力。通常用来作为吸附物质的金属离子是银离子、铁离子和铜离子。
（3）使用低温等离子体进行改性
低温等离子体可以改变活性炭表面的化学性质，也可以控制界面，因此在活性炭改性中应用广泛，一般都是采用氧氮等离子体或者四氟化碳等离子体在活性炭表面引入某种官能团，或者通过一些放电方式在活性炭表面生成等离子体，提高活性炭的吸附性能。
（4）使用酸碱等进行改性
有些酸碱物质也可以对活性炭表面产生影响，改变活性炭表面的官能团种类和数量，从而提高活性炭的吸附能力，通常可以进行酸碱改性的物质有强氧化钠、氨水、双氧水、硝酸等。
三、活性炭改性后应用在水处理中
1、使用活性炭吸附除水中有机物
活性炭经过改性之后通常对有机物具有很强的吸附能力，比如活性炭经过氧化还原处理之后，如果活性炭中含有铂元素，那么该活性炭就可以有效吸附有机酸，对一些含有有机酸的工业废水处理效果显著；有专家用多种浸渍液处理活性炭，结果表明：浸渍液改变了活性炭表面的脱附能，在一些特殊情况下增强了活性炭的吸附能力，还有一些结果显示经过某些金属的负载或者一些化学氧化法处理之后，活性炭表面的化学性质会发生巨大的变化，导致活性炭的吸附选择性大大增加，吸附能力也大幅度上升。
2、活性炭可以有效吸附污水中的重金属和重金属离子
大量实践表明活性炭经过合适的改性以后，不但可以增加对废水中的无机物的吸附去除能力，也可以增加工业废水中有机物的吸附能力。现在很多重工业公司的废水中含有大量的重金属或重金属离子，这些重金属往往对人体具有重大危害，容易增加一些疾病甚至是癌症的发病率，因此必须想办法除去这些重金属或重金属离子，不能让它污染水资源。一般而言活性炭表面含有的氨基、羧基和羟基的数量越多，对重金属的吸附能力越强。有研究表明使用硝酸溶液处理活性炭以后，活性炭的性质发生明显改变，对铅离子的吸附能力大大提高，处理后比处理前高了一百多倍；实践表明采用负载化合物法或者使用微波处理活性炭后，可以极大地增强活性炭对气体无机物的吸附能力。
四、结语
综上所述，目前我国的淡水资源比较紧张，淡水储量减少，并且污染比较严重，而进行污水处理是解决淡水紧张的有效方法，活性炭是最常见的吸附剂，既有良好的吸附性能，并且成本低廉，又不会对环境造成破坏，因此活性炭在水处理中的应用广泛，通过一些改性方法，可以提高活性炭的吸附能力，增强处理污水的能力，有效解决国家用水问题。
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论文作者:梁振驹
论文发表刊物:《基层建设》2016年12期
论文发表时间:2016/10/20
标签：活性炭论文; 能力论文; 水资源论文; 离子论文; 重金属论文; 水处理论文; 表面论文; 《基层建设》2016年12期论文;