一.导言

活性炭是一种重要的无定形碳材料，是一种黑色多孔固体，孔隙结构发达，比表面积巨大，一般可达1000 ~ 3000 m2/g，对气体和溶液中的无机或有机物质及胶体颗粒有很强的吸附能力。活性炭作为一种性能优异的吸附剂，具有独特的孔结构和表面活性官能团，化学性质稳定，机械强度高，耐酸、耐碱、耐热，不溶于水和有机溶剂，使用失效后可再生。广泛应用于环境保护、化工、食品加工、湿法冶金、药物提炼、军事防化等领域。

二。相关活性炭材料

(A)活性炭材料的类型

活性炭主要指活性炭和活性炭纤维。其中，活性炭可分为颗粒炭(通常以果壳和介质为原料，多用作催化剂载体，净化水，回收和吸附各种有机气体)和粉末炭(200目以下，多用于食品和医药或药品的脱色)，以及所谓的氮化活性炭和碳分子筛等。活性炭纤维按其形状分为活性炭纤维布或纤维板。

(2)活性炭材料的孔结构

活性炭有多种用途的主要原因在于它的多孔结构。活性炭有各种各样的孔隙，可以发挥不同的功能。微孔(直径:50纳米)，无机碳材料可以通过微生物和真菌的繁殖发挥生物质的作用。

活性炭的结构比较特殊。从结晶学的角度来看，它是一种无定形物质，由细小的石墨微晶和将这些石墨微晶连接在一起的碳氢化合物组成。

活性炭材料的内部由许多孔径非常小的毛细孔组成。其表面积的90%是直径

(3)活性炭材料的表面官能团

活性炭制备过程中灰分等杂原子的存在导致其基本结构中存在缺陷和不饱和价态。氧和其他杂原子在活化过程中可以吸附在这些缺陷上，形成各种官能团，从而产生活性炭材料的各种吸附特性。对活性炭材料有重要影响的化学官能团主要是含氧官能团和含氮官能团。活性炭表面可能存在以下含氧官能团:羧基、酸酐、酚羟基、羰基、醌、内酯、内酯、醚，以及酰胺、酰亚胺、内酰胺、吡咯、嘧啶等含氮官能团。

三。活性炭材料的改性

(1)活性炭材料吸附表面结构的改性

活性炭吸附表面结构的改性是指通过物理或化学方法增加活性炭材料的比表面积，调整孔径大小及其分布，改变活性炭材料的吸附表面结构，从而改变活性炭材料的物理吸附性能。

通常活化过程包括两个步骤:首先将原料碳化除去挥发性成分，然后用合适的氧化性气体(H2O、CO2、O2和空气体)对碳化后的材料进行活化，通过打开、扩孔和创造新的孔隙，形成发达的孔隙系统结构。

(2)活性炭材料吸附表面化学性质的改性

活性炭吸附表面的化学改性是指通过一定的方法改善活性炭吸附表面及其周围大气中官能团的结构，使其成为特定吸附过程中的活性点，从而控制其亲水/疏水性能及其与金属或金属氧化物的结合能力。活性炭吸附表面的化学性质可以通过表面氧化改性、表面还原改性和负载金属改性来实现。

四。活性炭材料在环境治理中的应用

活性炭作为一种极其重要的吸附剂，广泛应用于污水处理、大气污染防治等环保领域。

(一)活性炭材料在水处理中的应用

活性炭主要用于水处理:(1)污水源净化。活性炭吸附有机物、颜色、气味、油、酚等。在水中；(2)有机工业废水处理。活性炭因其去除水中有机物的突出能力，以及对一些难生物降解有机物的独特去除效果，已被用于制革废水处理、造纸染料化工废水处理、焦化废水处理等有机废水处理。(3)无机工业废水的处理。1.活性炭对废水中的无机重金属离子具有一定的选择性吸附能力。例如，颗粒活性炭可以去除85%以上的Ag+、Pd2+、Cd2+和cro 42-离子。它对锑、铋、锡、汞、钴、铅、镍和铁等其他金属离子具有良好的吸附能力。。用ACF(活性炭纤维)处理不同浓度的含酚有机废水，不仅吸附速度快，而且易于再生。(4)饮用水和微污染水的净化。ACF具有净化饮用水的特殊功能。载银ACF具有良好的抗菌活性，可用于饮用水的软化和水中细菌的去除。

(2)活性炭材料在烟气处理中的应用

燃煤在我国能源构成中占有较大比重，燃煤排放的SO2和NOx(NO和N2O)是主要的大气污染物，因此烟气污染是我国亟待解决的环境问题。改性活性炭材料的脱硫脱硝性能远优于普通活性炭材料。

活性炭脱硫脱硝机理:活性炭具有较大的表面积、良好的孔结构、丰富的表面基团、高效的原位脱氧能力，以及负载性能和还原性能，因此可以作为载体制备高度分散的催化体系和还原剂参与反应，提供还原环境，降低反应温度。

SO2被氧化并吸附在活性炭表面形成硫酸，其反应式为:

2SO2+O2+2H2O→2H2SO4

同时，吸收塔中仍存在以下副反应:

NH3+H2SO4→NH4HSO4

NH3+H2SO4→(NH4)2SO4

向吸收塔中加入氨后，可以脱除NO，反应式为:

4NO+O2+4NH3→4N2+6H2O .

改性活性炭材料的脱硫脱硝是指首先烟气中的SO2和NOx在活性炭材料表面的官能团或负载金属的催化作用下，在活性炭材料表面转化为SO3和无污染的N2或NO2。在水蒸气的存在下，SO3将与水结合产生硫酸用于回收。

活性炭纤维用于连续脱除烟气中的SO2。SO2吸附在活性炭纤维上后，在氧气的存在下被催化氧化成SO3，然后与烟气中的水蒸气反应生成硫酸，硫酸被活性炭纤维上凝结的多余水分洗脱，从而空离开SO2吸附位点，这样SO2吸附、硫酸氧化、水合、脱附的循环可以连续进行，既避免了碳材料磨损或再生造成的碳损失和活性降低，又避免了碳材料的频繁再生。

ACF(活性炭纤维)对空气体中的其他污染物也有很好的吸附作用，如硫化氢、氮氧化物、挥发性有机物等。唐铮等人用铜盐浸渍活性炭纤维，在惰性气氛中高温处理一定时间，制备除臭剂，可有效去除空气体中的恶臭气体硫化氢。

(3)活性炭材料在空气体净化中的应用

在实际的工业生产过程中，为了改善工作环境，保护工人的健康，通常通过通风来净化工作间的环境。活性炭因其优异的吸附性能而被广泛用作空气体净化器中的吸附剂。

结论:活性炭纤维因其优异的性能，近20年来其研究、开发和应用取得了快速发展。为了使活性炭这种神奇的绿色吸附材料更广泛地应用于垃圾焚烧、室内空气体净化、公路隧道、大城市交通繁忙地区空气体处理等新领域，应在有效降低其成本的同时，针对特定场合和用途对其进行改性，使其更好地应用于环境治理。