活性炭吸附廢(fei)水中的新(xin)污染物

　　我們研究(jiu)了(le)(le)許(xu)多(duo)由(you)生物質(zhi)制成的(de)活性炭作為水中新(xin)興(xing)污染(ran)物的(de)吸(xi)附劑的(de)應用。本研究(jiu)首先確(que)定了(le)(le)水流中常見(jian)的(de)不同(tong)類型的(de)新(xin)興(xing)污染(ran)物，描述(shu)(shu)了(le)(le)合成活性炭的(de)生物質(zhi)來源，并描述(shu)(shu)了(le)(le)吸(xi)附劑的(de)特性。

　　新出現的污染物

　　由于(yu)我們社會(hui)新(xin)(xin)(xin)的(de)(de)(de)消(xiao)費習慣(guan)和(he)(he)新(xin)(xin)(xin)技術(shu)的(de)(de)(de)發展，新(xin)(xin)(xin)興(xing)污染(ran)物(wu)(wu)(wu)是(shi)在(zai)低濃度廢水中發現的(de)(de)(de)化(hua)(hua)合(he)(he)物(wu)(wu)(wu)。這(zhe)些(xie)化(hua)(hua)合(he)(he)物(wu)(wu)(wu)的(de)(de)(de)排放(fang)限(xian)制(zhi)合(he)(he)物(wu)(wu)(wu)的(de)(de)(de)危害性，這(zhe)些(xie)化(hua)(hua)合(he)(he)物(wu)(wu)(wu)的(de)(de)(de)排放(fang)限(xian)制(zhi)不完善，導致(zhi)環境污染(ran)。化(hua)(hua)合(he)(he)物(wu)(wu)(wu)被視為新(xin)(xin)(xin)興(xing)污染(ran)物(wu)(wu)(wu)，包括許(xu)多(duo)不同的(de)(de)(de)物(wu)(wu)(wu)質，如(ru)個人護理產品(PPCPs)，食品添(tian)加劑、增塑劑和(he)(he)殺蟲劑。一(yi)些(xie)污染(ran)物(wu)(wu)(wu)的(de)(de)(de)低濃度通常(chang)是(shi)ng·L -1至μg·L -在(zai)1的(de)(de)(de)范圍(wei)內，由于(yu)一(yi)般水處(chu)理廠沒(mei)有(you)設計用于(yu)處(chu)理如(ru)此低濃度的(de)(de)(de)污染(ran)物(wu)(wu)(wu)，因此很難在(zai)常(chang)規水處(chu)理廠進(jin)行(xing)(xing)檢測(ce)和(he)(he)清(qing)除(chu)。這(zhe)種新(xin)(xin)(xin)型污染(ran)物(wu)(wu)(wu)只有(you)通過開發和(he)(he)更(geng)(geng)多(duo)可用的(de)(de)(de)新(xin)(xin)(xin)的(de)(de)(de)、更(geng)(geng)準確的(de)(de)(de)分析技術(shu)，如(ru)液相色譜和(he)(he)質譜，才能檢測(ce)出來。對(dui)于(yu)未來廢水中這(zhe)些(xie)化(hua)(hua)合(he)(he)物(wu)(wu)(wu)的(de)(de)(de)允許(xu)濃度和(he)(he)嚴格(ge)的(de)(de)(de)排放(fang)指(zhi)標(biao)，有(you)必要對(dui)新(xin)(xin)(xin)興(xing)污染(ran)物(wu)(wu)(wu)的(de)(de)(de)去除(chu)進(jin)行(xing)(xing)研究。

　　生物質(zhi)原料制成活性炭

　　碳(tan)水化合物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)、脂質(zhi)(zhi)(zhi)和蛋白質(zhi)(zhi)(zhi)等(deng)生(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)質(zhi)(zhi)(zhi)可(ke)以轉化為不同(tong)產品的(de)(de)(de)(de)生(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)燃料(liao)和生(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)煉制概念。生(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)質(zhi)(zhi)(zhi)涵蓋所有(you)形式(shi)的(de)(de)(de)(de)有(you)機物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)，包括生(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)和廢(fei)(fei)(fei)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)形式(shi)的(de)(de)(de)(de)植物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)和動(dong)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)廢(fei)(fei)(fei)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)。可(ke)分為兩種廢(fei)(fei)(fei)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)或特殊能(neng)源(yuan)作物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)。生(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)質(zhi)(zhi)(zhi)廢(fei)(fei)(fei)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)包括農業(ye)和森林殘留物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)、城市固(gu)體廢(fei)(fei)(fei)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)、食品加(jia)工廢(fei)(fei)(fei)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)和動(dong)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)糞(fen)便。作為一種重(zhong)要的(de)(de)(de)(de)生(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)能(neng)源(yuan)，從這些廢(fei)(fei)(fei)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)中獲得的(de)(de)(de)(de)價值不容忽視。如果有(you)效(xiao)利用(yong)(yong)，生(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)質(zhi)(zhi)(zhi)廢(fei)(fei)(fei)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)可(ke)用(yong)(yong)作合成高價值固(gu)體產品和/或化學(xue)品的(de)(de)(de)(de)原料(liao)，減少不可(ke)再生(sheng)(sheng)(sheng)化石燃料(liao)來(lai)源(yuan)的(de)(de)(de)(de)能(neng)耗。此(ci)外，使用(yong)(yong)固(gu)體廢(fei)(fei)(fei)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)還可(ke)以節(jie)省(sheng)垃圾填埋(mai)空間，提高生(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)質(zhi)(zhi)(zhi)資源(yuan)的(de)(de)(de)(de)價值。圖1中總結了(le)不同(tong)類型(xing)的(de)(de)(de)(de)生(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)質(zhi)(zhi)(zhi)原料(liao)，并在下面(mian)簡要描(miao)述。

　　不同類型的(de)生物(wu)質原(yuan)料。

　　生產活性炭的(de)方法

　　一般(ban)來說(shuo)，活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)吸附(fu)劑可以(yi)由任(ren)何具有高比例碳的(de)前體制(zhi)成(cheng)(cheng)(cheng)。因此(ci)，生(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)質(zhi)材料是活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)吸附(fu)劑的(de)理(li)(li)想前體。在這項(xiang)研(yan)究(jiu)中，生(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)質(zhi)在熱處(chu)理(li)(li)后得到生(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)炭(tan)，生(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)炭(tan)在活(huo)化(hua)(hua)步驟后得到活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)。橄(gan)欖核等常(chang)見的(de)生(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)質(zhi)材料。圖(tu)2顯示了生(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)質(zhi)活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)的(de)制(zhi)造方法。生(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)炭(tan)通常(chang)在碳化(hua)(hua)時制(zhi)備(bei)，而活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)需要使(shi)用物(wu)理(li)(li)和化(hua)(hua)學活(huo)化(hua)(hua)產生(sheng)(sheng)(sheng)更加(jia)發達的(de)孔隙。合成(cheng)(cheng)(cheng)活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)的(de)孔隙率、表面化(hua)(hua)學和產量高度依賴(lai)于合成(cheng)(cheng)(cheng)中使(shi)用的(de)初始生(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)質(zhi)組成(cheng)(cheng)(cheng)和操作(zuo)條件。

　　生(sheng)物質活性炭制造。

　　新興(xing)物污染物在生(sheng)物質制成的活(huo)性炭上吸附(fu)

　　由于水凈化中特別關注新污染物的去除，表1總結(jie)了活(huo)性炭(tan)作為吸(xi)附(fu)(fu)劑（包(bao)括生物質前體和活(huo)化劑）的一些(xie)特征參數(shu)，以(yi)及活(huo)性炭(tan)吸(xi)附(fu)(fu)研究中使(shi)用(yong)的溫度pH以(yi)及吸(xi)附(fu)(fu)能(neng)力，數(shu)據可(ke)以(yi)從以(yi)前研究過的項目中獲得。

　　由(you)于這些吸(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)劑(ji)(ji)(ji)的(de)(de)(de)(de)多(duo)樣性(xing)、污染物(wu)分子(zi)(zi)的(de)(de)(de)(de)化學性(xing)質和(he)(he)(he)吸(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)條件，很(hen)難(nan)(nan)建立活(huo)(huo)(huo)性(xing)炭吸(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)新興污染物(wu)的(de)(de)(de)(de)一(yi)般(ban)關(guan)系。然(ran)而，通常(chang)認為(wei)吸(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)是通過有時可(ke)以同時發(fa)生的(de)(de)(de)(de)不同機(ji)制進行(xing)的(de)(de)(de)(de)，包(bao)括：（1）活(huo)(huo)(huo)性(xing)炭石墨烯層π電(dian)(dian)子(zi)(zi)和(he)(he)(he)吸(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)物(wu)的(de)(de)(de)(de)芳(fang)環(huan)π電(dian)(dian)子(zi)(zi)之間(jian)的(de)(de)(de)(de)分散和(he)(he)(he)相(xiang)互作(zuo)用；（2）供體-受(shou)體的(de)(de)(de)(de)相(xiang)互作(zuo)用涉(she)及(ji)氧表面基團（如基礎）和(he)(he)(he)受(shou)體有機(ji)污染物(wu)的(de)(de)(de)(de)芳(fang)香環(huan)；（3）吸(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)劑(ji)(ji)(ji)-吸(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)靜電(dian)(dian)相(xiang)互作(zuo)用和(he)(he)(he)氫鍵。一(yi)般(ban)吸(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)機(ji)制雖(sui)然(ran)難(nan)(nan)以建立，但可(ke)以假設一(yi)些一(yi)般(ban)陳述：(a)吸(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)機(ji)理(li)(li)復雜，涉(she)及(ji)靜電(dian)(dian)與吸(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)劑(ji)(ji)(ji)-吸(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)劑(ji)(ji)(ji)分散相(xiang)互作(zuo)用；(b)該過程由(you)許(xu)多(duo)不同的(de)(de)(de)(de)因素(su)決定，包(bao)括吸(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)溶(rong)解度、吸(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)劑(ji)(ji)(ji)和(he)(he)(he)吸(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)疏水性(xing)π-π相(xiang)互作(zuo)用的(de)(de)(de)(de)強(qiang)度；(c)π-π相(xiang)互作(zuo)用的(de)(de)(de)(de)強(qiang)度取決于活(huo)(huo)(huo)性(xing)炭芳(fang)環(huan)的(de)(de)(de)(de)吸(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)特性(xing)和(he)(he)(he)官能(neng)，后(hou)者(zhe)可(ke)通過不同類型的(de)(de)(de)(de)處(chu)理(li)(li)進行(xing)改性(xing);(d)溶(rong)液的(de)(de)(de)(de)pH由(you)于影響活(huo)(huo)(huo)性(xing)炭的(de)(de)(de)(de)表面電(dian)(dian)荷和(he)(he)(he)吸(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)物(wu)的(de)(de)(de)(de)電(dian)(dian)離和(he)(he)(he)形態，因此值在吸(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)機(ji)理(li)(li)中起著至關(guan)重要的(de)(de)(de)(de)作(zuo)用。。

　　以(yi)(yi)(yi)生(sheng)(sheng)物質廢(fei)物為(wei)合成(cheng)活性炭(tan)原料(liao)的(de)優點，即：(i)廢(fei)物重(zhong)新評估(gu)；(ii)*終碳的(de)成(cheng)本較低，因(yin)為(wei)前體(ti)可(ke)以(yi)(yi)(yi)以(yi)(yi)(yi)低成(cheng)本或非成(cheng)本廣(guang)泛(fan)獲(huo)得(de)；(iii)碳來自可(ke)再生(sheng)(sheng)資(zi)源；(iv)碳燃(ran)燒不會增加(jia)大(da)氣中的(de)生(sheng)(sheng)物質來源CO2積(ji)累(lei)。

　　水(shui)(shui)中的(de)(de)新興污染物很可能成為(wei)未來幾年的(de)(de)問(wen)題(ti)。因(yin)此(ci)，尋(xun)求新技(ji)術或開發現有技(ji)術對(dui)確保安(an)全和持續(xu)供水(shui)(shui)至(zhi)關重要。此(ci)外，由于資源和能源短(duan)缺，這些(xie)過程和技(ji)術必須具有經濟和環(huan)境可持續(xu)性。在此(ci)背景下，目(mu)(mu)前的(de)(de)綜(zong)述強調(diao)，生物質廢物作為(wei)活性炭(tan)制(zhi)造的(de)(de)前體材料，對(dui)新興污染的(de)(de)吸附潛力很大。但(dan)主要研究的(de)(de)目(mu)(mu)的(de)(de)是(shi)更多地應用活性炭(tan)。