活性炭吸附廢(fei)水中(zhong)的新污(wu)染物

　　我們研究了(le)許多由生(sheng)物質制成的(de)活性炭(tan)作為水中(zhong)新(xin)興污染(ran)物的(de)吸(xi)附(fu)(fu)劑的(de)應用。本(ben)研究首(shou)先確定了(le)水流中(zhong)常見的(de)不同類型的(de)新(xin)興污染(ran)物，描述(shu)了(le)合成活性炭(tan)的(de)生(sheng)物質來源(yuan)，并(bing)描述(shu)了(le)吸(xi)附(fu)(fu)劑的(de)特性。

　　新出現的污染物

　　由于(yu)(yu)我們社會(hui)新的(de)消費習慣和(he)新技術(shu)的(de)發(fa)展(zhan)，新興污(wu)染(ran)(ran)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)是在低(di)(di)濃(nong)度廢水中發(fa)現的(de)化(hua)合(he)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)。這(zhe)些(xie)化(hua)合(he)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)的(de)排(pai)放限制合(he)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)的(de)危害性，這(zhe)些(xie)化(hua)合(he)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)的(de)排(pai)放限制不完善，導致環境(jing)污(wu)染(ran)(ran)。化(hua)合(he)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)被視為新興污(wu)染(ran)(ran)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)，包括(kuo)許多(duo)不同的(de)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)質，如(ru)(ru)個人護(hu)理產品(PPCPs)，食(shi)品添加劑(ji)、增塑(su)劑(ji)和(he)殺蟲劑(ji)。一(yi)些(xie)污(wu)染(ran)(ran)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)的(de)低(di)(di)濃(nong)度通(tong)常是ng·L -1至(zhi)μg·L -在1的(de)范(fan)圍(wei)內，由于(yu)(yu)一(yi)般水處(chu)(chu)理廠沒有設計用于(yu)(yu)處(chu)(chu)理如(ru)(ru)此低(di)(di)濃(nong)度的(de)污(wu)染(ran)(ran)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)，因此很難(nan)在常規水處(chu)(chu)理廠進行檢測(ce)和(he)清除。這(zhe)種新型污(wu)染(ran)(ran)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)只有通(tong)過開發(fa)和(he)更多(duo)可(ke)用的(de)新的(de)、更準(zhun)確(que)的(de)分析(xi)技術(shu)，如(ru)(ru)液(ye)相色譜和(he)質譜，才能檢測(ce)出來。對于(yu)(yu)未來廢水中這(zhe)些(xie)化(hua)合(he)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)的(de)允許濃(nong)度和(he)嚴格的(de)排(pai)放指標(biao)，有必要對新興污(wu)染(ran)(ran)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)的(de)去(qu)除進行研究。

　　生物質原料制(zhi)成(cheng)活性炭(tan)

　　碳(tan)水化合物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)、脂(zhi)質和(he)蛋白質等生(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)質可(ke)以轉化為(wei)(wei)不(bu)(bu)(bu)同產品的(de)生(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)燃料(liao)和(he)生(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)煉制(zhi)概念(nian)。生(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)質涵蓋(gai)所有(you)形式的(de)有(you)機物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)，包(bao)括生(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)和(he)廢(fei)(fei)(fei)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)形式的(de)植物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)和(he)動物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)廢(fei)(fei)(fei)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)。可(ke)分為(wei)(wei)兩種(zhong)(zhong)廢(fei)(fei)(fei)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)或特(te)殊能(neng)源(yuan)作物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)。生(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)質廢(fei)(fei)(fei)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)包(bao)括農(nong)業(ye)和(he)森(sen)林殘(can)留物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)、城市固體廢(fei)(fei)(fei)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)、食品加工(gong)廢(fei)(fei)(fei)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)和(he)動物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)糞便。作為(wei)(wei)一種(zhong)(zhong)重(zhong)要的(de)生(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)能(neng)源(yuan)，從這些(xie)廢(fei)(fei)(fei)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)中(zhong)獲得的(de)價值不(bu)(bu)(bu)容忽視。如(ru)果有(you)效利用(yong)，生(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)質廢(fei)(fei)(fei)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)可(ke)用(yong)作合成高(gao)價值固體產品和(he)/或化學品的(de)原(yuan)料(liao)，減少不(bu)(bu)(bu)可(ke)再生(sheng)(sheng)(sheng)化石燃料(liao)來源(yuan)的(de)能(neng)耗。此外(wai)，使用(yong)固體廢(fei)(fei)(fei)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)還可(ke)以節省(sheng)垃圾填埋空間(jian)，提(ti)高(gao)生(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)質資源(yuan)的(de)價值。圖1中(zhong)總結了不(bu)(bu)(bu)同類型的(de)生(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)質原(yuan)料(liao)，并(bing)在下面(mian)簡要描(miao)述。

　　不同(tong)類型的生(sheng)物質原料。

　　生產活性炭的方法

　　一般來說，活性(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan)吸附劑可以由(you)任(ren)何具有高比例碳的(de)(de)(de)(de)前體制成(cheng)。因此，生(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)質(zhi)材料是活性(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan)吸附劑的(de)(de)(de)(de)理(li)想前體。在(zai)(zai)這項研(yan)究中(zhong)，生(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)質(zhi)在(zai)(zai)熱處理(li)后得到(dao)生(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)炭(tan)(tan)，生(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)炭(tan)(tan)在(zai)(zai)活化步驟后得到(dao)活性(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan)。橄欖核等(deng)常見的(de)(de)(de)(de)生(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)質(zhi)材料。圖2顯示了生(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)質(zhi)活性(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan)的(de)(de)(de)(de)制造(zao)方(fang)法。生(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)炭(tan)(tan)通常在(zai)(zai)碳化時制備(bei)，而活性(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan)需(xu)要使(shi)用(yong)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)理(li)和化學(xue)活化產生(sheng)(sheng)(sheng)更加發達的(de)(de)(de)(de)孔隙。合成(cheng)活性(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan)的(de)(de)(de)(de)孔隙率(lv)、表面化學(xue)和產量高度依賴(lai)于合成(cheng)中(zhong)使(shi)用(yong)的(de)(de)(de)(de)初(chu)始(shi)生(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)質(zhi)組成(cheng)和操(cao)作(zuo)條(tiao)件。

　　生(sheng)物質活(huo)性炭(tan)制造。

　　新興物污染物在生物質(zhi)制成的(de)活性炭上吸附

　　由(you)于水凈化中(zhong)特(te)別關注(zhu)新污染(ran)物的(de)去除，表1總結了活(huo)性炭作(zuo)為吸(xi)附劑（包(bao)括生物質前體和活(huo)化劑）的(de)一些特(te)征參數，以(yi)及活(huo)性炭吸(xi)附研究(jiu)(jiu)中(zhong)使用的(de)溫度pH以(yi)及吸(xi)附能力，數據可以(yi)從(cong)以(yi)前研究(jiu)(jiu)過的(de)項(xiang)目中(zhong)獲得。

　　由于這些(xie)吸(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)(fu)(fu)劑(ji)的(de)(de)(de)(de)(de)多樣性(xing)(xing)(xing)、污染(ran)(ran)物(wu)分(fen)(fen)子(zi)的(de)(de)(de)(de)(de)化學性(xing)(xing)(xing)質和(he)吸(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)(fu)(fu)條件，很難(nan)建(jian)立(li)活(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭吸(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)(fu)(fu)新興污染(ran)(ran)物(wu)的(de)(de)(de)(de)(de)一般(ban)關系(xi)。然而，通常認(ren)為吸(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)(fu)(fu)是通過有時(shi)可以(yi)同(tong)時(shi)發生的(de)(de)(de)(de)(de)不同(tong)機制(zhi)進(jin)(jin)行(xing)的(de)(de)(de)(de)(de)，包括：（1）活(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭石墨烯層π電子(zi)和(he)吸(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)(fu)(fu)物(wu)的(de)(de)(de)(de)(de)芳(fang)環π電子(zi)之間(jian)的(de)(de)(de)(de)(de)分(fen)(fen)散(san)和(he)相(xiang)互(hu)(hu)(hu)作用(yong)(yong)(yong)(yong)；（2）供(gong)體(ti)-受體(ti)的(de)(de)(de)(de)(de)相(xiang)互(hu)(hu)(hu)作用(yong)(yong)(yong)(yong)涉及氧表面(mian)基(ji)團（如(ru)基(ji)礎）和(he)受體(ti)有機污染(ran)(ran)物(wu)的(de)(de)(de)(de)(de)芳(fang)香環；（3）吸(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)(fu)(fu)劑(ji)-吸(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)(fu)(fu)靜電相(xiang)互(hu)(hu)(hu)作用(yong)(yong)(yong)(yong)和(he)氫鍵。一般(ban)吸(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)(fu)(fu)機制(zhi)雖然難(nan)以(yi)建(jian)立(li)，但可以(yi)假設一些(xie)一般(ban)陳述：(a)吸(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)(fu)(fu)機理(li)復雜，涉及靜電與吸(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)(fu)(fu)劑(ji)-吸(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)(fu)(fu)劑(ji)分(fen)(fen)散(san)相(xiang)互(hu)(hu)(hu)作用(yong)(yong)(yong)(yong)；(b)該過程由許多不同(tong)的(de)(de)(de)(de)(de)因素決定，包括吸(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)(fu)(fu)溶解度(du)(du)、吸(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)(fu)(fu)劑(ji)和(he)吸(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)(fu)(fu)疏水性(xing)(xing)(xing)π-π相(xiang)互(hu)(hu)(hu)作用(yong)(yong)(yong)(yong)的(de)(de)(de)(de)(de)強(qiang)度(du)(du)；(c)π-π相(xiang)互(hu)(hu)(hu)作用(yong)(yong)(yong)(yong)的(de)(de)(de)(de)(de)強(qiang)度(du)(du)取決于活(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭芳(fang)環的(de)(de)(de)(de)(de)吸(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)(fu)(fu)特(te)性(xing)(xing)(xing)和(he)官能，后者可通過不同(tong)類型(xing)的(de)(de)(de)(de)(de)處理(li)進(jin)(jin)行(xing)改性(xing)(xing)(xing);(d)溶液(ye)的(de)(de)(de)(de)(de)pH由于影響活(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭的(de)(de)(de)(de)(de)表面(mian)電荷和(he)吸(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)(fu)(fu)物(wu)的(de)(de)(de)(de)(de)電離和(he)形態，因此(ci)值(zhi)在吸(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)(fu)(fu)機理(li)中起著(zhu)至關重(zhong)要(yao)的(de)(de)(de)(de)(de)作用(yong)(yong)(yong)(yong)。。

　　以生(sheng)物(wu)(wu)質廢物(wu)(wu)為(wei)合成(cheng)活性炭原料的優點，即：(i)廢物(wu)(wu)重新評估；(ii)*終(zhong)碳的成(cheng)本(ben)較低，因為(wei)前體可以以低成(cheng)本(ben)或(huo)非成(cheng)本(ben)廣(guang)泛獲得；(iii)碳來(lai)自可再生(sheng)資源；(iv)碳燃燒不會增加大(da)氣中的生(sheng)物(wu)(wu)質來(lai)源CO2積累。

　　水中的(de)(de)新興(xing)污染(ran)物(wu)很(hen)可能(neng)成為未來幾年的(de)(de)問題。因此，尋求新技術(shu)(shu)或(huo)開發現有(you)技術(shu)(shu)對(dui)確保(bao)安全(quan)和持(chi)續供水至關(guan)重要。此外，由于資源和能(neng)源短缺，這些過(guo)程和技術(shu)(shu)必(bi)須(xu)具有(you)經濟和環境可持(chi)續性。在此背景下，目(mu)前的(de)(de)綜(zong)述強(qiang)調，生物(wu)質廢物(wu)作(zuo)為活性炭制造的(de)(de)前體(ti)材料，對(dui)新興(xing)污染(ran)的(de)(de)吸(xi)附潛力很(hen)大。但主(zhu)要研究的(de)(de)目(mu)的(de)(de)是更多地應用活性炭。