活性炭处理污水及农药残留研究进展 本文关键词：研究进展，活性炭，污水，农药，残留
活性炭处理污水及农药残留研究进展 本文简介：摘要：随着城市的迅速发展，污水问题日趋严重。污水处理问题一直是我国亟待解决的重要环境问题。按国家要求，企业应优先利用处理后的再生水，这就对污水处理技术有了更高的要求。污水里含有的残留农药结构复杂不易处理。总结了活性炭的分类，分析了温度、pH值和用量等因素对污水中农药吸附率的影响，并解释了吸附机理。对
活性炭处理污水及农药残留研究进展 本文内容：
摘要：随着城市的迅速发展，污水问题日趋严重。污水处理问题一直是我国亟待解决的重要环境问题。按国家要求，企业应优先利用处理后的再生水，这就对污水处理技术有了更高的要求。污水里含有的残留农药结构复杂不易处理。总结了活性炭的分类，分析了温度、pH值和用量等因素对污水中农药吸附率的影响，并解释了吸附机理。对该领域今后发展面临的问题进行了论述。
关键词：活性炭；农药；吸附作用；污水处理
城市废水中有许多有机物，包括苯、酚、石油及其产物，杀虫剂，洗涤剂，胺类化合物及众多人工合成有机物，难以用微生物或氧化法分解。而工业废水里也含有较多有毒有机化合物，不易处理。自来水厂的饮用水在经过初步的处理后仍含有部分杂质，色素，要想正常供应给人们的日常生活，必须使其质量达标，才能保障安全。现有的吸附材料种类较多[1~5]。通过试验可以看出，活性炭具有处理程度高、应用范围广、适应能力强的优点，能够很好地处理废水。活性炭可以再生重复使用，被吸附的有机物在再生过程中就被烧掉，不会产生污泥。而且，它还能通过其强大的吸附作用，回收有用物质，可以节省很多成本[6]。因此工业中多投放活性炭来处理污水[7]。废水的处理包括：处理废水中的重金属离子，农药，微生物或大分子的有毒有机物等。处理废水中的残留农药是一个研究比较广泛的课题。研究者们利用多种方式处理活性炭，研究改性活性炭对废水中农药残留的吸附效果。
1活性炭及分类
活性炭是一种多孔的碳质材料。比表面积大，孔隙结构发达，化学性质稳定，吸附性强[8，9]。活性炭种类繁多，分类方式也不尽相同。其中，按孔径可分成三类：半径大于500魡称为大孔，半径处于20~500魡之间称为过渡孔，半径小于20魡称为微孔[10~12]。
2影响因素
2.1时间、活性炭投放量对吸附量的影响
污水所含成分多而复杂，其中里面的农药相比其他杂质更不易处理。这些农药因农业灌溉流入各河流，污染当地水体，直接威胁供水安全。潘章斌等[13]用粉状活性炭吸附敌敌畏、毒死蝉、敌百虫三种有机磷农药，通过控制变量法，分析了活性炭吸附的处理效果。将三种常见农药用粉末活性炭进行吸附实验，时间对吸附效果的影响可分为三个阶段，10~30min期间吸附效果明显，为快速吸附，30~60min为减速吸附，60min后基本达到吸附平衡。同浓度的不同试样随投炭量的增加，吸附量逐渐降低。活性炭对农药的吸附量大小顺序为：毒死蝉>敌敌畏>敌百虫。三种吸附率均达到85%以上，在快速吸附的30min时，吸附率为敌敌畏87.4%，毒死蝉99.2%，敌百虫86%。
2.2pH值对吸附量的影响
pH值的大小，也影响活性炭材料的吸附效果。Alalm等[14]用木麻黄活性炭吸附农药百菌清，可知酸性条件下，即pH值较小时，被质子化的活性炭的吸附效果更好。且废水农药含量越高，吸附效果越不明显。
2.3温度对吸附量的影响
温度对活性炭的吸附效果有一定的影响。秦振林等[12]用改性活性炭对含嘧啶醇废水进行吸附实验，废水试样固定pH值为4，体积200mL放至不同温度下，投放同质量同类改性活性炭，搅拌30min后分析可知，温度升高，改性活性炭对嘧啶醇的吸附效果越差。这是由于大部分吸附反应为放热反应，温度越高越不利于吸附反应进行，建议在低温环境下进行吸附。
3吸附机理
吸附是一种发生在两相介面上的表面现象。分子间力，静电引力和化学键力是吸附剂与被吸附物之间的三大作用力，根据力的作用分别形成不同的吸附类型[15~19]。在吸附工艺中所用到的活性炭为吸附剂，活性炭从污水中吸附农药是属于液-固相吸附。物理吸附为放热过程，是常见的吸附现象。影响吸附的因素较多，其中，比较重要的因素包括活性炭性质、生产原料、制备方法、工艺流程、温度、pH值、用量等。虽然活性炭可以吸附多种物质，但因吸附质的性质不同，导致吸附量也不同。这种吸附现象与活性炭的孔结构、表面积密切相关。Dery-lo-Marczewska等[15]在研究中考虑了碳吸附剂多孔结构的作用，考虑所选氯苯氧基除草剂的吸附平衡和动力学，并研究了孔隙结构影响水溶液中有机物的吸附过程，同时发现总孔隙度中的微孔隙和中孔隙的相对数量是另一个影响因素。吸附半次或吸附速率系数的分布表明，在多指数方程中慢、快动力学项的相对贡献表明，碳结构和吸附质性质存在差异。活性炭与污水里的农药之间通过化学键作用力，称为化学吸附，是放热过程。它一般在高温环境下进行，需要大量的活化能。化学吸附为选择性吸附，只对某几种特定物质有吸附作用。化学吸附与活性炭的表面化学性质和吸附质的化学性质有关。交换吸附是物质的离子由于静电引力集聚在吸附剂表面上，在吸附过程中进行等量离子交换。离子所带电荷越少，其在吸附剂表面上的吸附力就越弱，反之则强。在污水处理中，活性炭吸附过程往往是这几种吸附现象的综合作用。在实验中常用Langmuir，Freundlich和Temkin等温模型分析平衡吸附数据，用吸附动力学去证实活性炭对污水中农药的吸附。Fathy等[20]通过化学活化间苯二酚-甲醛干凝胶与活化剂如单乙醇胺，磷酸和氢氧化钾分别合成出三种纳米多孔活性炭干凝胶。研究了活性炭在水溶液中吸附灭多威农药的能力大小。发现随着表面积和孔体积的增加，吸附容量急剧增加。他们研究出最适合该实验的Langmuir和Temkin等温线，并采用吸附动力学研究，发现该吸附过程遵循二级动力学模型。计算出的吉布斯自由能的值说明活性炭对灭多威农药的吸附可行，为自发吸热过程。
4结论及展望
在对污水的处理，尤其是对农药残留的吸附方面，多孔材料的优势明显，其中，活性炭有着得天独厚的优势。影响活性炭吸附效率的因素有很多，彼此间相互影响复杂。往往控制好影响因素，就能收到较好的吸附效果。处理含农药的污水时，有一些其他的影响因素对于处理效果有较大的干扰。比如，活性炭的价格便宜，对活性炭的处理过程还需要简化，以达到大量处理和制备的需求。活性炭使用后的再生问题，也是决定其真正走向应用领域的决定性因素。现有的研究比较关注吸附量的多少问题，忽略了对再生问题的研究。所以如何解决这些问题，需要研究者们继续深入研究，这对于活性炭处理污水农药残留等方面有着重要的现实意义。
参考文献
［1］曲栗,李优,曾静,等.气相色谱-三重四极杆质谱法测定植物源性食品中20种拟除虫菊酯类农药残留［J］.色谱,2017,35（7）:778~784.
作者：尹金城 侯明志 王昌赫 关磊 单位：辽宁石油化工大学 化学与材料科学学院
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