固体吸附剂在环境科学中的应用（精品）

固体吸附剂在环境科学中的应用 黄玮洁 （华南师范大学化学与环境学院广州510006） 摘要吸附作为一种现象处处存在，目前固体吸附剂得到了广泛应用。本文距离 从环境保护的角度讨论了固体吸附剂在环境治理和环境工程中的广泛应用。 关键词环境固体吸附剂活性炭 1. 前言 进入20世纪以来，环境问题呈现出地域上扩张和程度上恶化的趋势。在大气环境方面, 由于能源结构以煤为主，故随着能源使用量的上升大气污染的状况日益严重。固体吸附剂在 环境治理特别是空气净化方面的应用越来越广泛。 2. 固体吸附剂 固体表面的气体与液体有在固体表面自动聚集，以求降低表面能的趋势。固体表面的气 体或液体的浓度高于其本体浓度的现象，称为固体的表面吸附。常见的吸附剂有硅胶、活性 炭、吸附树脂（树脂吸附剂）、黏土、硅藻土、分子筛、活性氧化铝。其中，活性碳是一种 多孔性固体，比表面积大，吸附力比硅胶、氧化铝都强,属于非极性吸附剂。 固-气吸附在环境保护中有着特殊的地位，固体吸附剂作为干燥剂、防毒面具、脱色剂、 色谱、污水处理、催化剂等在干燥空气的制备、废气和毒气的净化、混合气中某中有用有机 成分的回收、脱气获得高真空等方面有广泛的应用。 3. 固体吸附剂的应用 3.1固体吸附剂在环境治理中的应用 3. 1. 1吸附式空气取水取水方法 季建刚等⑴提供了一种环保、节能的空气取水新技术，它利用固体吸附剂吸附空气中的 水分，通过太阳能或其他热源加热使吸附的水分脱附并冷凝获得淡水。文中利用自制的复合 吸附剂SWS-n作为吸附材料，利用固体吸附剂吸附空气中的水分,加热吸附剂使吸附的水分脱 附，脱附的水蒸气经过冷凝而获得淡水。 以某人工合成的吸附材料SWS为基质，复合某无机盐制成的复合吸附剂SWS - n具有很高 的吸附水能力，其最大饱和吸附水量高达175 左右，大大高于现有的吸附剂;在80 C的较低 加热温度下，每kg吸附剂产水量高达1. 6 kg，具有很高的取水效率。 通过实验表明，每kg吸附剂可获得水量约1. 6 kg ,具有很高的取水效率。吸附式空气取 水方法同吸收法相比，具有系统装置简单、体积小、效率高的优点。 3. 1. 2以城市污水处理厂污泥为原料制备活性炭 城市污水厂污泥是污水处理系统产生的副产物。随着城镇化过程的加快，水工业将成为 我国很有潜力的产业，生活给水量和城市污水的产生量会越来越大，随之而来的污水处理厂 产生的污泥越来越多，污水厂污泥是一含水率高、含大量有机物和有毒有害物质（包括微生 物、重金属和有毒有机物）等的具有复杂流变形的半干性固体废物，它容量大、易腐败、不 稳定、有恶臭，如不加以安全处理和处置，将造成严重的二次污染问题，但同时污泥中含有 大量的有机物、腐殖质等可利用资源。因此，探讨并实施城市污泥处理处置和资源化新途径, 对解决污泥污染问题具有重要意义。 任爱玲等心通过对污泥特性分析、污泥活性炭最佳工艺探讨、污泥活性炭比表面和扫描 电镜表征分析，研究了以城市污泥为主要原料制备活性炭。 实验结果表明在最佳工艺条件40氯化锌溶液为活化剂、活化时间20min、活化温度 600C,固液比为1 2〜1 3的条件下,制备的污泥活性炭碘吸附值为514〜542mg/g,大孔、 中孔、微孔容积分别为0139〜0153mL/g、0110〜0115mL/g、01150123mL/ g ,比表面积 为193〜256m2/ go将污泥活性炭处理COD2400mg/ L、色度250的制药废水，C0D去除率〉 87 、色度去除率＞80o 以城市污泥为主要原料制备活性炭符合固体废物污染控制的减量化、资源化、无害化原 则，利用现有的活性炭制备技术路线和设备即可满足其生产要求，可以制备出用于去除污水 中污染物的吸附剂，体现以废治废，化害为利的原则，对污泥资源化的工业化生产有一定的 指导作用。 3.1.3用煤基吸油剂和活性碳治理空气中的沥青烟 沥青烟系建筑、石油、冶金、焦化等工业部门中沥青、石油、煤炭等在高温下挥发到环 境空气中的烟雾物质，严重污染环境。沥青烟的组分主要是多环芳炷，包括蔡、菲、芯、酚、 咔哇、毗嚏、呵噪、前等一百多种有机物。医学研究表明，它们对人体及动植物均会造成严 重危害，特别是其中的多节环炷苯并芷，是一类致癌物或强致癌物。 张中豪囱对沥青烟的脱除效果研究表明，采用固体吸附剂能使其脱除率大于90 ,可用 于污染治理。实验发现，煤基吸油剂和活性碳对沥青烟均有很好的吸附能力，可用于污染治 理和劳保防护。 3. 1.4用固体吸附剂检测空气中的甲醛 甲醛广泛存在于环境中，广泛存在的甲醛对人类的身体健康造成了不良影响，能引起许 多症状和体征，如对皮肤、眼睛和黏膜的急性刺激作用和致敏作用，痰多，引起头痛、结膜炎、 鼻咽部疾病等，严重者发生喉痉挛、肺水肿。[4] 甲醛在环境中对机体有诸多不利的影响。随着生活水平的提高和卫生意识的增强，人们 现在越来越关注它在环境中的存在尤其是在室内装修方面，因此对它的研究也较多。国内 外建立了许多空气中甲醛有效的检测方法，而对甲醛的生物检测方法研究却很少。 Me Clenny等⑴气相色谱-质谱GC2MS法用固体吸附剂石墨碳和碳分子筛结合对空 气中的醛类化合物进行采样，再解吸进入GC分离，MS分析。其检出限为615 X10- 4mg/ m330 3.2固体吸附剂有利于减轻空气污染 3.2.1利用固体吸附剂去除烟道气中的CO⑹ 以色列Solmecs公司开发出一种从气流电厂烟道气中去除CO的新方法。该法被称作化 学-温度-交替吸附CTSA 法，使用一种由该公司开发出的具有专利权的固体吸附剂。这种 高孔隙度吸附剂在45-65C利用化学吸附将C0从气流中吸附去除；吸附的C0在100〜125C 被解吸，同时使吸附剂的活性再生。 据估计，该法的投资为600美元/t m-h-,而传统的胺吸附法的投资为900美元。 新法的运转费用为20美元/t CO2,而胺法为35〜40美元。新法费用低的原因是因为其设 备简单，能耗低及运转稳定。该法已完成实验室试验，计划今年建1座150 m/h规模的中试 装置。 3.2.2在环境监测中利用固体吸附剂采样 随着生产力的发展，在生产过程中会排放很多毒物。毒物来源主要有原材料、辅助原料、 中间产品、成品、副产品、夹杂物、废弃物，有时也来自热分解产物及反应产物等。作业场 所空气中的有毒物质，大多来源于工业生产过程中逸出的废气和烟尘，空气中有毒物质一 般以气体、蒸气、烟、雾、尘及气溶胶等不同状态存在，有时则以多种形态同时存在于空气 中，不同状态的毒物需要用不同的方法和采样仪器进行采集⑺。 当承接了工作场所有毒物质监测任务后，怎样正确应用这些评价指标、如何进行采样监 测是监测人员首要解决的问题。正确的空气样品采集方法，要根据待测物的性质、存在状态、 各种采样方法的适用性、拟采用的评价标准等来决定空气采样器和空气收集器，合理采样监 测方式还须考虑采样策略和采样技术，并根据监测目的和实际接触情况作相应调整。⑻监 测人员应掌握拟监测毒物的性质、存在状态监测人员首先要了解该毒物的理化