【摘要】污水处理关系着人民生活与生命安全，因此需要进行深入研究。对活性炭纤维的性能与结构进行分析，并给出在污水处理中的应用特性。

　　一、引言

　　近几十年，我国出台了一系列水污染防治方面的法令法规和水质标准，但是并没有使水污染得到有效控制，随着近些年气候的异常，使得干早地区水资源越来越匮乏，加上人为因素造成水污染的日益严重，导致部分地区处于严重缺水状态。因此如何防治水污染，并且如何使污染的水体进行有效的处理是当前的迫切任务。

　　二、活性炭纤维的性能与结构

　　活性炭纤维(Activated Carbon Fiber,ACF)是近年来发展起来的一种新型高效吸附材料，是资源回收和环保领域的纤维状吸附分离功能材料之一。根据国际纯粹与应用化学联合会(IUPAC) 的分类标准，吸附剂的细孔分为三类:孔径大于50nm的为大孔，2nm~ 50nm的为中孔，小于2nm的为微孔。碳纤维经活化后生成的ACF外形直径为5~30，与活性炭含有大孔、中孔和微孔不同，它的表面主要分布着大量的微孔，微孔的分布狭窄而均匀，孔径大多数分布在0.5~1. 5nm之间。由于活性炭纤维没有大孔，只有少量的过渡孔，微孔体积占总孔体积的90%以上，从而造就了活性炭纤维较大的比表面积，多数为1000~ 2500m2/g。ACF的吸附特性不但取决于它的比表面积、总孔体积、微孔体积、孔径大小和分布，也取决于其表面的化学性质。ACF主要由C、H、0三种元素组成，其化学性质主要由表面的化学官能团、杂原子和化合物确定，不同原料生产的ACF化学组成有差异。ACF的结构特征属于非极性吸附剂，在多数情况下，比表面积和孔径是影响吸附性能的关键因素。吸附的发生是由于吸附质分子与吸附剂表面分子发生相互作用。根据.这种相互作用强度的大小，一般把吸附过程分为两大类:化学吸附和物理吸附。当相界面上存在不平衡的物理力时发生物理吸附，而当相邻相的原子和分子在界面形成化学键或准化学键时发生化学吸附。

　　ACF是一种典型的微孔炭，孔隙直接开口于纤维的表面，孔径分布窄，主要以微孔、亚微孔为主，比表面积大，吸附容量大，其表面大量的不饱和碳构筑成了独特的吸附结构。ACF含 有许多不规则结构，如杂环结构或含有表面官能团的微结构，使其具有极大的表面能。活性炭纤维的微孔与相对的孔壁分子共同作用形成强大的分子场，提供了一个吸附态分子物理和化学变化的高压体系，使得吸附质到达吸附位的扩散路径比活性炭短、驱动力大且孔径分布集中，这是造成活性炭纤维比粒状活性炭比表面积大、吸附脱附速率快、吸附效率高的主要原因。吸附性能还受表面化学性质的影响，吸附剂在制造过程中会形成一定量的不均匀表面氧化物，其成分和数量随原料和活化工艺不同而异。表面氧化物成为选择性的吸附中心，使吸附剂具有类似化学吸附的能力。

　　ACF表面的化学官能团、杂原子和化合物决定了活性炭纤维表面的化学吸附位。ACF属于非极性吸附剂，对水溶液中的非极性或弱极性吸附质有很好的吸附效果，但是吸附具有一定极性的溶质就有困难。ACF表面酸性基团越丰富越有利于其对极性溶质的吸附，碱性基团越丰富越有利于吸附非极性或者弱极性物质。ACF另一引人注目的性能特征便是高的吸附速度。对于气体的吸附，一般能在数 十秒或数分钟内达到平衡，对液体的吸附也仅需几分至几十分钟就达平衡。ACF的高吸附速率，使它在实际应用上比其他吸附材料更优越。它不仅可以缩短吸附操作周期，减少设备体积，实现自动化，而且能适用于一-些特殊的快速处理的环境。

　　三、活性炭纤维在污水处理中的应用特性

　　(一)对酚类污染物的吸附特性：将0.010g，0. 030g, 0. 050g，0. 070g, 0. 090g，0. 120g, 0. 150gACF分别加入到50mL的苯酚、对氯苯酚、对硝基苯酚溶液中，在200C，pH为5、转速为200转/min的条件下，振荡30min后测定ACF对这3种酚类物质的去除率。实验结果表明在污染物含量一定的情况下，随着ACF投加量的增加，污染物去除率也随着增加，当投加量小于1g/L时，去除率增长速度较快;当投加量超过1.5g/时，活性炭纤维对这些酚类污染物的去除率可达90%以上;继续增加投加量，去除率则缓慢增加，因此在以后的实验中确定投加量为1g/L。同等投加量的活性炭纤维对污染物的去除率是苯酚<对氯苯酚<对硝基苯酚，这是因为，对于这三种吸附质，其在常温下的溶解度为:对硝基苯酚(1. 24g/100mL) <对氯苯酚(2. 7g/100mL) <苯酚(8. 19g/100mL)，溶解度越小，疏水性越强，从水中逃逸的倾向越强，越容易被固体表面吸附。

　　(二)对金属离子的吸附特性：将0.010g, 0. 030g, 0. 050g，0. 070g, 0. 100g, 0. 120gACF分别加入到50mL原水浓度为0. 739mmo1/L的Pb2+，和0. 738mmolCu2+溶液中，在250C，pH为5、转速为200转/min的条件下，振荡4h后，测定ACF对Pb2+和Cu2+的去除率。实验结果表明，ACF对Pb2+和Cu2+的去除率随其投加量的增加而提高，当投加量超过1.4g/L时，去除率增加缓慢:投加量为2.4g/L时，ACF对Pb2+和Cu2+的去除率可分别达到99.7%和99.0%，出水浓度分别降至0.428mg/L和0. 495mg/L.实际应用中，可以根据具体要求调整投加量。

　　四、结论

　　活性炭纤维是一种性能优于粉末活性炭和颗粒活性炭的新型吸附材料，具有比表面积大、吸附脱附速度快等优点，可广泛应用于废气处理、水处理等领域。

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