活性炭吸附廢水中的新污染(ran)物(wu)

　　我們研究了(le)許多由生(sheng)物質(zhi)制成的(de)(de)活(huo)性炭作為水中新興污(wu)染(ran)(ran)物的(de)(de)吸(xi)附(fu)劑的(de)(de)應(ying)用。本研究首先確(que)定(ding)了(le)水流中常見的(de)(de)不(bu)同類型(xing)的(de)(de)新興污(wu)染(ran)(ran)物，描述了(le)合成活(huo)性炭的(de)(de)生(sheng)物質(zhi)來源，并描述了(le)吸(xi)附(fu)劑的(de)(de)特性。

　　新出現的污染物

　　由于我(wo)們社會新(xin)的(de)(de)(de)(de)(de)消費習慣和(he)(he)新(xin)技(ji)術(shu)的(de)(de)(de)(de)(de)發(fa)展，新(xin)興(xing)污(wu)(wu)(wu)染(ran)物(wu)是在(zai)低(di)(di)濃(nong)度(du)(du)廢水(shui)中(zhong)發(fa)現的(de)(de)(de)(de)(de)化(hua)合(he)(he)物(wu)。這(zhe)些(xie)(xie)化(hua)合(he)(he)物(wu)的(de)(de)(de)(de)(de)排放(fang)(fang)限(xian)制合(he)(he)物(wu)的(de)(de)(de)(de)(de)危(wei)害性，這(zhe)些(xie)(xie)化(hua)合(he)(he)物(wu)的(de)(de)(de)(de)(de)排放(fang)(fang)限(xian)制不完善，導致(zhi)環境(jing)污(wu)(wu)(wu)染(ran)。化(hua)合(he)(he)物(wu)被視為新(xin)興(xing)污(wu)(wu)(wu)染(ran)物(wu)，包括許多不同的(de)(de)(de)(de)(de)物(wu)質，如個(ge)人護理產品(pin)(PPCPs)，食(shi)品(pin)添加劑、增(zeng)塑(su)劑和(he)(he)殺蟲劑。一些(xie)(xie)污(wu)(wu)(wu)染(ran)物(wu)的(de)(de)(de)(de)(de)低(di)(di)濃(nong)度(du)(du)通(tong)常是ng·L -1至μg·L -在(zai)1的(de)(de)(de)(de)(de)范圍內，由于一般(ban)水(shui)處理廠沒有設計用于處理如此低(di)(di)濃(nong)度(du)(du)的(de)(de)(de)(de)(de)污(wu)(wu)(wu)染(ran)物(wu)，因(yin)此很難在(zai)常規水(shui)處理廠進行檢測和(he)(he)清除。這(zhe)種新(xin)型污(wu)(wu)(wu)染(ran)物(wu)只有通(tong)過開發(fa)和(he)(he)更多可用的(de)(de)(de)(de)(de)新(xin)的(de)(de)(de)(de)(de)、更準確的(de)(de)(de)(de)(de)分析(xi)技(ji)術(shu)，如液相色(se)譜和(he)(he)質譜，才能檢測出來。對(dui)于未(wei)來廢水(shui)中(zhong)這(zhe)些(xie)(xie)化(hua)合(he)(he)物(wu)的(de)(de)(de)(de)(de)允許濃(nong)度(du)(du)和(he)(he)嚴格的(de)(de)(de)(de)(de)排放(fang)(fang)指標(biao)，有必要(yao)對(dui)新(xin)興(xing)污(wu)(wu)(wu)染(ran)物(wu)的(de)(de)(de)(de)(de)去除進行研究。

　　生(sheng)物質原料制(zhi)成活性(xing)炭

　　碳水化合物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)、脂質(zhi)(zhi)和(he)(he)(he)蛋白質(zhi)(zhi)等(deng)生(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)質(zhi)(zhi)可以(yi)轉化為不同產(chan)品(pin)(pin)的(de)生(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)燃料和(he)(he)(he)生(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)煉(lian)制概(gai)念。生(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)質(zhi)(zhi)涵蓋所有形式的(de)有機物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)，包括生(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)和(he)(he)(he)廢(fei)(fei)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)形式的(de)植物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)和(he)(he)(he)動(dong)(dong)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)廢(fei)(fei)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)。可分為兩種廢(fei)(fei)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)或特(te)殊能源作物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)。生(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)質(zhi)(zhi)廢(fei)(fei)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)包括農業和(he)(he)(he)森林殘留物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)、城市固體廢(fei)(fei)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)、食品(pin)(pin)加工廢(fei)(fei)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)和(he)(he)(he)動(dong)(dong)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)糞便。作為一種重(zhong)要的(de)生(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)能源，從(cong)這(zhe)些(xie)廢(fei)(fei)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)中獲得的(de)價(jia)值(zhi)不容忽(hu)視。如果有效利用，生(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)質(zhi)(zhi)廢(fei)(fei)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)可用作合成(cheng)高(gao)價(jia)值(zhi)固體產(chan)品(pin)(pin)和(he)(he)(he)/或化學品(pin)(pin)的(de)原(yuan)料，減少不可再生(sheng)(sheng)(sheng)化石(shi)燃料來源的(de)能耗。此外(wai)，使用固體廢(fei)(fei)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)還可以(yi)節(jie)省垃圾填(tian)埋空間(jian)，提高(gao)生(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)質(zhi)(zhi)資源的(de)價(jia)值(zhi)。圖1中總結了不同類型(xing)的(de)生(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)質(zhi)(zhi)原(yuan)料，并在下面簡要描(miao)述。

　　不同類(lei)型的生物質原(yuan)料。

　　生產活性炭的方法

　　一般(ban)來說，活(huo)性炭(tan)吸(xi)附劑可(ke)以由(you)任何具有高比例碳(tan)(tan)的(de)前(qian)(qian)體制(zhi)成(cheng)。因(yin)此，生(sheng)物(wu)(wu)質(zhi)材料是(shi)活(huo)性炭(tan)吸(xi)附劑的(de)理(li)想前(qian)(qian)體。在(zai)(zai)這項研究中(zhong)，生(sheng)物(wu)(wu)質(zhi)在(zai)(zai)熱(re)處(chu)理(li)后(hou)得到(dao)生(sheng)物(wu)(wu)炭(tan)，生(sheng)物(wu)(wu)炭(tan)在(zai)(zai)活(huo)化(hua)(hua)(hua)步驟后(hou)得到(dao)活(huo)性炭(tan)。橄欖核等(deng)常(chang)見的(de)生(sheng)物(wu)(wu)質(zhi)材料。圖2顯示(shi)了生(sheng)物(wu)(wu)質(zhi)活(huo)性炭(tan)的(de)制(zhi)造方法。生(sheng)物(wu)(wu)炭(tan)通常(chang)在(zai)(zai)碳(tan)(tan)化(hua)(hua)(hua)時(shi)制(zhi)備，而活(huo)性炭(tan)需要使用(yong)物(wu)(wu)理(li)和化(hua)(hua)(hua)學(xue)活(huo)化(hua)(hua)(hua)產(chan)(chan)生(sheng)更加發達的(de)孔(kong)隙(xi)。合(he)成(cheng)活(huo)性炭(tan)的(de)孔(kong)隙(xi)率、表面化(hua)(hua)(hua)學(xue)和產(chan)(chan)量高度依賴于合(he)成(cheng)中(zhong)使用(yong)的(de)初始生(sheng)物(wu)(wu)質(zhi)組(zu)成(cheng)和操(cao)作條(tiao)件。

　　生物(wu)質活性(xing)炭制(zhi)造(zao)。

　　新(xin)興(xing)物污染物在生物質制成的活性炭上吸附(fu)

　　由于水(shui)凈化中特別關注(zhu)新污染(ran)物的去除，表1總結了(le)活性(xing)炭作為吸(xi)附(fu)劑（包(bao)括生物質前(qian)(qian)體和(he)活化劑）的一(yi)些(xie)特征(zheng)參數，以(yi)及活性(xing)炭吸(xi)附(fu)研(yan)究中使用(yong)的溫度(du)pH以(yi)及吸(xi)附(fu)能力，數據(ju)可以(yi)從以(yi)前(qian)(qian)研(yan)究過的項目中獲得。

　　由(you)于這些吸(xi)(xi)附(fu)(fu)(fu)劑的(de)(de)(de)(de)多(duo)樣性(xing)(xing)(xing)、污染物(wu)分子(zi)的(de)(de)(de)(de)化學性(xing)(xing)(xing)質和(he)(he)吸(xi)(xi)附(fu)(fu)(fu)條件，很難(nan)建(jian)立活(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)吸(xi)(xi)附(fu)(fu)(fu)新興污染物(wu)的(de)(de)(de)(de)一(yi)般(ban)關系。然而，通常認為(wei)吸(xi)(xi)附(fu)(fu)(fu)是通過(guo)有(you)時可(ke)(ke)以(yi)(yi)同時發生(sheng)的(de)(de)(de)(de)不(bu)同機(ji)制進(jin)行的(de)(de)(de)(de)，包括：（1）活(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)石墨(mo)烯(xi)層π電子(zi)和(he)(he)吸(xi)(xi)附(fu)(fu)(fu)物(wu)的(de)(de)(de)(de)芳環π電子(zi)之間(jian)的(de)(de)(de)(de)分散(san)(san)和(he)(he)相(xiang)互(hu)作(zuo)用(yong)(yong)(yong)；（2）供體-受體的(de)(de)(de)(de)相(xiang)互(hu)作(zuo)用(yong)(yong)(yong)涉(she)及氧表面(mian)基(ji)團（如(ru)基(ji)礎(chu)）和(he)(he)受體有(you)機(ji)污染物(wu)的(de)(de)(de)(de)芳香環；（3）吸(xi)(xi)附(fu)(fu)(fu)劑-吸(xi)(xi)附(fu)(fu)(fu)靜電相(xiang)互(hu)作(zuo)用(yong)(yong)(yong)和(he)(he)氫(qing)鍵(jian)。一(yi)般(ban)吸(xi)(xi)附(fu)(fu)(fu)機(ji)制雖然難(nan)以(yi)(yi)建(jian)立，但可(ke)(ke)以(yi)(yi)假設一(yi)些一(yi)般(ban)陳述：(a)吸(xi)(xi)附(fu)(fu)(fu)機(ji)理(li)復雜(za)，涉(she)及靜電與吸(xi)(xi)附(fu)(fu)(fu)劑-吸(xi)(xi)附(fu)(fu)(fu)劑分散(san)(san)相(xiang)互(hu)作(zuo)用(yong)(yong)(yong)；(b)該過(guo)程由(you)許多(duo)不(bu)同的(de)(de)(de)(de)因(yin)素(su)決(jue)(jue)定，包括吸(xi)(xi)附(fu)(fu)(fu)溶(rong)解度、吸(xi)(xi)附(fu)(fu)(fu)劑和(he)(he)吸(xi)(xi)附(fu)(fu)(fu)疏水(shui)性(xing)(xing)(xing)π-π相(xiang)互(hu)作(zuo)用(yong)(yong)(yong)的(de)(de)(de)(de)強度；(c)π-π相(xiang)互(hu)作(zuo)用(yong)(yong)(yong)的(de)(de)(de)(de)強度取決(jue)(jue)于活(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)芳環的(de)(de)(de)(de)吸(xi)(xi)附(fu)(fu)(fu)特(te)性(xing)(xing)(xing)和(he)(he)官能，后者(zhe)可(ke)(ke)通過(guo)不(bu)同類型的(de)(de)(de)(de)處理(li)進(jin)行改性(xing)(xing)(xing);(d)溶(rong)液的(de)(de)(de)(de)pH由(you)于影響活(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)的(de)(de)(de)(de)表面(mian)電荷(he)和(he)(he)吸(xi)(xi)附(fu)(fu)(fu)物(wu)的(de)(de)(de)(de)電離和(he)(he)形態，因(yin)此值在吸(xi)(xi)附(fu)(fu)(fu)機(ji)理(li)中起(qi)著至關重要的(de)(de)(de)(de)作(zuo)用(yong)(yong)(yong)。。

　　以生物(wu)質廢物(wu)為合成(cheng)活性炭原料的優點，即(ji)：(i)廢物(wu)重新評估；(ii)*終碳(tan)的成(cheng)本較低(di)，因為前(qian)體可(ke)以以低(di)成(cheng)本或非成(cheng)本廣泛獲得；(iii)碳(tan)來自(zi)可(ke)再生資源(yuan)；(iv)碳(tan)燃燒不會增(zeng)加大(da)氣中的生物(wu)質來源(yuan)CO2積累(lei)。

　　水(shui)中的(de)(de)新興污染物(wu)(wu)很可能成為未(wei)來幾年的(de)(de)問題。因此，尋求新技術或(huo)開發現有(you)技術對(dui)(dui)確保安(an)全和(he)持續(xu)供水(shui)至關(guan)重要。此外，由(you)于(yu)資源和(he)能源短缺，這些(xie)過程和(he)技術必(bi)須具(ju)有(you)經濟(ji)和(he)環境可持續(xu)性。在此背(bei)景下，目(mu)前(qian)的(de)(de)綜述強調(diao)，生物(wu)(wu)質廢(fei)物(wu)(wu)作為活性炭(tan)制(zhi)造的(de)(de)前(qian)體材料，對(dui)(dui)新興污染的(de)(de)吸(xi)附(fu)潛力(li)很大。但(dan)主(zhu)要研究的(de)(de)目(mu)的(de)(de)是(shi)更多地應用活性炭(tan)。