1）政策法規(guī)上的差距：資料顯示，美國(guó)環(huán)保署（USEPA）的飲用水標(biāo)準(zhǔn)的64項(xiàng)有機(jī)污染物指標(biāo)中，有51項(xiàng)將顆粒活性炭（GAC）列為最有效技術(shù)。而中國(guó)對(duì)于飲用水的標(biāo)準(zhǔn)還很低。
2）經(jīng)濟(jì)因素：中國(guó)還處于發(fā)展中國(guó)家，經(jīng)濟(jì)實(shí)力不如發(fā)達(dá)國(guó)家，而活性炭的成本較高，使得中國(guó)活性炭在水處理方面的應(yīng)用受到限制。
3）生產(chǎn)技術(shù)：中國(guó)活性炭工業(yè)和國(guó)外相比差距較大，特別在生產(chǎn)設(shè)備、自動(dòng)化程度、測(cè)試分析手段、生產(chǎn)規(guī)模、質(zhì)量保證體系及規(guī)格型號(hào)等方面，使得活性炭的質(zhì)量不高，大量高質(zhì)量的活性炭還需進(jìn)口，品種較少，生產(chǎn)成本高，從而限制了活性炭的應(yīng)用。
為什么說中國(guó)活性炭應(yīng)用在水處理方面有很大的發(fā)展前景?
1）環(huán)境因素：近年來，隨著中國(guó)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)建設(shè)的快速發(fā)展，環(huán)境污染事故頻頻發(fā)生，同時(shí)中國(guó)還接連遭受了數(shù)起不可抗拒的自然災(zāi)害，使人們生存環(huán)境和身體健康受到了影響。隨著2005年的松花江污染、2007年的太湖污染到2008年的四川地震、唐家山堰塞湖水污染等重大事故的救治中最終采用了活性炭?jī)艋幚怼Ｖ袊?guó)已逐漸將活性炭認(rèn)可為保護(hù)環(huán)境安全的必要手段。
2）環(huán)保意識(shí)及政策因素：在中國(guó)環(huán)保意識(shí)逐漸加強(qiáng)，國(guó)家對(duì)飲用水的標(biāo)準(zhǔn)、生活污水及工業(yè)廢水的排放標(biāo)準(zhǔn)不斷提高的條件下，活性炭吸附作為一種最深度凈化水的方法，因具有處理效果顯著、設(shè)備簡(jiǎn)單、操作方便、活性炭可以再生等優(yōu)點(diǎn)將使其在水處理中將會(huì)有更為重要的應(yīng)用價(jià)值和更為廣泛的應(yīng)用范圍。
3）經(jīng)濟(jì)因素：隨著活性炭制備原料的廉價(jià)化、制備方法、再生技術(shù)的不斷完善、生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，使活性炭的使用成本降低，并且我國(guó)的國(guó)民經(jīng)濟(jì)也在蓬勃發(fā)展，從而使活性炭在水處理的應(yīng)用不斷擴(kuò)大。
中國(guó)活性炭企業(yè)如何發(fā)展?
優(yōu)化制備方法、生產(chǎn)技術(shù)，再生技術(shù)，擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模、降低原料成本等。
針對(duì)以上問題，本文比較了中國(guó)與國(guó)外活性炭在水處理方面的應(yīng)用現(xiàn)狀，分析研究活性炭的制備原料、制備工藝、再生等問題。并展望了中國(guó)活性炭產(chǎn)業(yè)未來的發(fā)展方向及發(fā)展前景，以期對(duì)中國(guó)水處理用活性炭市場(chǎng)有指向性作用。
國(guó)外活性炭的發(fā)展動(dòng)向
2.1活性炭生產(chǎn)/應(yīng)用情況
目前，世界活性炭的年產(chǎn)量約120萬噸左右，中國(guó)約占1/3。如今全世界約有50個(gè)國(guó)家生產(chǎn)活性炭，美國(guó)、日本、英國(guó)、德國(guó)、法國(guó)和俄羅斯等國(guó)家的發(fā)展處于領(lǐng)先水平。其中生產(chǎn)能力增加最多的國(guó)家是美國(guó)、中國(guó)和日本。自1990年以來，美國(guó)活性炭消費(fèi)增加了5%，日本增加了7%。其中用于水處理炭是最大的市場(chǎng)，占整個(gè)活性炭消費(fèi)量的35%以上。
幾年來，水處理炭一直左右著活性炭市場(chǎng)。從1992年至1997年美國(guó)用于飲用水工業(yè)和城市廢水處理的活性炭增加了11%，即從4.68萬噸增加到7.81萬噸，歐洲也發(fā)生了類似情況。近年來，國(guó)外為滿足市場(chǎng)對(duì)活性炭的需求量，各國(guó)活性炭公司均新建了工廠，如：日本在馬來西亞新建了一個(gè)年產(chǎn)0.8萬噸的活性炭廠；卡爾崗公司在新加坡又建立了一個(gè)子公司；日本三菱化學(xué)公司新建了一個(gè)年產(chǎn)0.3萬噸煤制粉狀活性炭廠，又和中國(guó)山西新華化工廠合資建廠；庫(kù)拉雷化學(xué)公司新建了一個(gè)年產(chǎn)0.3萬噸煤制顆粒炭的工廠噸斯里蘭卡比克2林克活性炭公司（BiecoLink）新增加了2臺(tái)年產(chǎn)0.2萬噸活性炭的轉(zhuǎn)爐。
印度和菲律賓也各新增加了2個(gè)活性炭廠。據(jù)報(bào)道，隨著俄羅斯整體經(jīng)濟(jì)的不斷上升，活性炭工業(yè)也將在調(diào)整中發(fā)展，俄羅斯將利用自己在原料和技術(shù)上的優(yōu)勢(shì)，研究開發(fā)活性炭潛在的用途，1998年建立一個(gè)先進(jìn)的年產(chǎn)0.85萬噸的煤制活性炭工廠。近年來，飲用水的質(zhì)量問題越來越引起俄羅斯有關(guān)部門的重視。目前，在俄羅斯，專家們對(duì)開發(fā)水（特別是飲用水）的特殊處理方法進(jìn)行了深入研究，如：鉆自流井、瓶裝水、中等能力進(jìn)水點(diǎn)的自來水再凈化、家用過濾器和在野外條件下，體積不大的水處理用的間歇式凈化裝置。飲用水再凈化用的小型凈水過濾器已廣泛用于生活中。
綜上所述，各國(guó)由于工業(yè)的蓬勃發(fā)展，生活條件的不斷改善，環(huán)境保護(hù)的加強(qiáng)，飲用水的需求，都將刺激活性炭工業(yè)的發(fā)展，深加工活性炭、高檔活性炭將會(huì)有更大的市場(chǎng)。
2.2國(guó)外活性炭市場(chǎng)動(dòng)態(tài)分析
1）歐美卡爾崗公司的活性炭生產(chǎn)現(xiàn)狀和公司戰(zhàn)略
1997年時(shí)，世界65萬噸的市場(chǎng)規(guī)模，18萬噸是煤質(zhì)炭，卡爾崗公司有9萬噸。占其1/2。由于中國(guó)煤質(zhì)優(yōu)、豐富、能源便宜、成本低，因此，卡爾崗公司瞄準(zhǔn)了中國(guó)的煤資源。他們?cè)O(shè)想，以中國(guó)煤資源、能源為本，卡爾崗公司提供活性炭生產(chǎn)技術(shù)、售后技術(shù)服務(wù)，在亞洲地區(qū)擴(kuò)大推銷。他們認(rèn)為，只要在中國(guó)就地生產(chǎn)能早日實(shí)施，有了廉價(jià)可靠的資源，也可占領(lǐng)中國(guó)市場(chǎng)。
2）荷蘭活性炭市場(chǎng)和廠家戰(zhàn)略
在荷蘭，活性炭生產(chǎn)始終處于過剩狀態(tài)。因此，活性炭市場(chǎng)供過于求的形勢(shì)沒有變化。他們以亞洲為發(fā)展地區(qū)，將其成為他們的活性炭開發(fā)市場(chǎng)。荷蘭Norit公司是世界最大的廠家，每年活性炭產(chǎn)量11萬噸左右。如投資建設(shè)新廠，設(shè)備將進(jìn)一步過剩，因此，想法合作或收買現(xiàn)有廠家，這樣可占領(lǐng)當(dāng)?shù)厥袌?chǎng)。
3）日本活性炭生產(chǎn)新動(dòng)向
近年來，日本活性炭生產(chǎn)的趨勢(shì)提高活性炭產(chǎn)品的質(zhì)量和研究新的活性炭制造方法，特別是開發(fā)大比表面和含硫量極低的高質(zhì)量活性炭的制造方法，如:內(nèi)外并熱的流化床活化裝置的開發(fā)、高品質(zhì)活性炭制造方法的開發(fā)。
通過國(guó)外市場(chǎng)分析可知，活性炭工業(yè)正處于蓬勃發(fā)展時(shí)期，其在水處理方面發(fā)展前景最佳；亞洲地區(qū)將是大的活性炭的消費(fèi)地區(qū)；廉價(jià)的原料是未來活性炭降低成本的有效途徑；同時(shí)提高活性炭產(chǎn)品的質(zhì)量及新的活性炭制備方法是未來發(fā)展趨勢(shì)。這些都為中國(guó)活性炭生產(chǎn)企業(yè)指明發(fā)展方向。
中國(guó)發(fā)展回顧
3.1產(chǎn)量
解放初期，國(guó)內(nèi)僅有一些生產(chǎn)粉狀炭的小作坊，沒有粒狀炭。1981年據(jù)林業(yè)部對(duì)中國(guó)活性炭廠進(jìn)行調(diào)查資料計(jì)算，中國(guó)活性炭年產(chǎn)量?jī)H1萬噸左右。在懷玉山召開第一次中國(guó)活性炭學(xué)術(shù)討論會(huì)以后的20年里，中國(guó)活性炭工業(yè)有了一個(gè)突飛猛進(jìn)的發(fā)展，年產(chǎn)量由1981年的1萬噸發(fā)展到1999年的12萬噸以上，約占世界產(chǎn)量的1/4，2007年生產(chǎn)量達(dá)到35萬噸，出口量25萬噸。活性炭產(chǎn)量占世界產(chǎn)量的三分之一，已成為世界上最大的活性炭生產(chǎn)國(guó)。
目前有中小型活性炭生產(chǎn)企業(yè)1200余家，中大型的企業(yè)每年產(chǎn)量為3千到1萬噸，并在不斷擴(kuò)大。最早活性炭廠為：新華化工廠（太原）。我國(guó)兩大活性炭生產(chǎn)基地為大同和寧夏。
代表性的生產(chǎn)廠家有：大同市云光化工廠、寧夏太西活性炭廠、唐山建新活性炭有限公司、大同豐華活性炭有限責(zé)任公司、信鵬活性炭廠等。
3.2質(zhì)量、品種
中國(guó)活性炭產(chǎn)品的質(zhì)量也有了突破，如：高比表面積炭、高苯炭、微球炭等。產(chǎn)品的品種發(fā)展也很快，原來只有粉狀炭，后來有了粒狀炭、纖維炭和炭分子篩等。化學(xué)活化法制備活性炭的研究也有了新的進(jìn)展，原來只有氯化鋅活化法，現(xiàn)已發(fā)展到利用磷酸、KOH、硫酸作為活化劑。1996年山東煙臺(tái)召開的中國(guó)活性炭學(xué)術(shù)討論會(huì)以來，活性炭品種的開發(fā)和產(chǎn)業(yè)化方面取得了新的成就，如：大顆粒脫硫脫硝活性炭的問世，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)空白；特種浸漬炭的國(guó)產(chǎn)化取得了可喜成效；面向生物工程、新型能源和環(huán)境保護(hù)，開發(fā)高性能活性炭已成為新的研究熱點(diǎn)。
3.3技術(shù)
據(jù)“國(guó)內(nèi)外活性炭”資料報(bào)道，在引進(jìn)國(guó)外技術(shù)方面，中國(guó)引進(jìn)了國(guó)外資金和技術(shù)，如:日本三菱化學(xué)公司與中國(guó)新華化工廠合作，建立一家新的活性炭生產(chǎn)企業(yè)，日方將持有新企業(yè)的50%以上股份，并負(fù)責(zé)選派各類經(jīng)營(yíng)人員、技術(shù)人員進(jìn)行管理；三菱公司委托該部門生產(chǎn)的干式脫硫脫硝活性炭，在日本銷量極佳，由于市場(chǎng)需求不斷擴(kuò)大，公司已作出合資決定。
據(jù)三菱化學(xué)公司高層人士講，與中國(guó)企業(yè)的合作，不僅可降低生產(chǎn)成本，還可創(chuàng)造巨大的效益；而中國(guó)在活性炭品種的開發(fā)和產(chǎn)業(yè)化方面也取得了新的成就。國(guó)內(nèi)在活性炭的基礎(chǔ)研究和技術(shù)基礎(chǔ)研究方面，作了更深一層的試驗(yàn)研究，如：對(duì)吸附過程的分子模擬，活性炭對(duì)超臨界氣體吸附以及新的孔隙結(jié)構(gòu)計(jì)算方法等方面進(jìn)行了探索。
3.4應(yīng)用
由于各方面的因素，中國(guó)在20世紀(jì)60年代才開始應(yīng)用活性炭處理工業(yè)廢水。使用最早的是燕山石化進(jìn)行地下水處理及甘肅白銀對(duì)金屬礦廢水的處理。另外，1965年沈陽(yáng)自來水公司，1976年湖南長(zhǎng)嶺煉油廠，1986年大慶污水處理廠相繼建成了大型的活性炭吸附過濾裝置。此外，蘭州煉油廠日處理工業(yè)廢水12000t活性炭工業(yè)裝置也已建成。
目前中國(guó)珠三角，長(zhǎng)三角地區(qū)的發(fā)達(dá)城市都已使用活性炭進(jìn)行水處理。但從總體上看，中國(guó)水處理還處于較低水平。
3.5科研
主要科研單位：過程所、防化院、礦大、煤科院、山西煤化所、大連理工、天津大學(xué)、哈工大、北化工、清華大學(xué)、中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院林產(chǎn)化學(xué)工業(yè)研究所、昆明理工大學(xué)等。
3.6存在的問題
中國(guó)活性炭行業(yè)在制造技術(shù)上不如歐美國(guó)家，國(guó)外在活性炭制造方面已達(dá)到了規(guī)模化、自動(dòng)化、低消耗、無污染、產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定的先進(jìn)水平，而中國(guó)仍然存在生產(chǎn)規(guī)模小、產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊、資源浪費(fèi)等問題。特別是在化學(xué)法生產(chǎn)活性炭技術(shù)上，與日美等國(guó)有較大差距。日本氯化鋅法活性炭生產(chǎn)技術(shù)采用回轉(zhuǎn)爐兩段法，其氯化鋅消耗幾乎為零，且不用鹽酸回收鋅。而中國(guó)的氯化鋅消耗平均為每噸活性炭300kg，鹽酸消耗為每噸活性炭500kg。美國(guó)磷酸法生產(chǎn)活性炭酸消耗在20%以下，中國(guó)平均在35%。這不僅造成生產(chǎn)成本的上升，最主要還給環(huán)境帶來了較大的公害。
國(guó)內(nèi)的活性炭工業(yè)必須注重研究活性炭的應(yīng)用發(fā)展趨勢(shì)，加強(qiáng)新技術(shù)開發(fā)，促進(jìn)整個(gè)活性炭行業(yè)的良好發(fā)展。
中國(guó)水處理用活性炭的未來發(fā)展
4.1原料
木質(zhì)原料：木質(zhì)原料在中國(guó)活性炭工業(yè)中占有著十分重要的地位。其中，椰子殼、核桃殼為最優(yōu)，但由于原料有限，制約了其發(fā)展。
煤炭：對(duì)于中國(guó)來說，煤炭資源豐富、分布廣泛、價(jià)格低廉，因此以煤為原料生產(chǎn)活性炭有著很好的前景。
石油原料：主要指石油煉制過程中的含碳產(chǎn)品及廢料。例如石油瀝青、石油焦、石油油渣等。
高分子含碳原料：聚氯乙烯、聚丙烯、呋喃樹脂、酚醛樹脂、脲醛樹脂、聚碳酸酯、聚四氟乙烯等。這些原料主要指工業(yè)回收廢料，中國(guó)目前尚未充分利用。
其他：舊輪胎、動(dòng)物骨、動(dòng)物血、蔗糖、糖蜜等。
總之：
（1）原料的來源逐步轉(zhuǎn)向儲(chǔ)量豐富，價(jià)格低廉的煤炭。以煤為原料的活性炭發(fā)展很快，應(yīng)用范圍和數(shù)量也在迅速擴(kuò)大，目前煤質(zhì)活性炭產(chǎn)量已經(jīng)超過了木質(zhì)活性炭。
（2）近年來，多用農(nóng)林副產(chǎn)品、紙漿廢漿、劣質(zhì)煤和煤研石等許多含碳的工業(yè)廢料，制造價(jià)格低廉或具有特殊性能的活性炭。國(guó)內(nèi)外利用廢棄材料制備活性炭，以謀求廉價(jià)原料的探索受到了重視，如采用廢塑料、廢橡膠、紙漿廢液、石油副產(chǎn)品等原料制得的活性炭，有的已投入應(yīng)用，這種有效的變廢為利的方法前途甚廣。
4.2制備方法與技術(shù)
4.2.1制備方法：
1）氣體活化法：世界上生產(chǎn)活性炭的廠家70%以上都是采用氣體活化法。中國(guó)主要以氣體活化法生產(chǎn)活性炭。物理活化對(duì)環(huán)境污染小，因其是依靠氧化碳原子形成孔隙結(jié)構(gòu)，故活性炭的收率不高，且活化溫度較高，需先進(jìn)行炭化再活化。
2）化學(xué)活化法：1980s年代中期，美國(guó)阿莫卡公司以KOH為活化劑，采用化學(xué)活化法，制得比表面積大于2500m2/g的活性炭。日本大阪煤氣公司，用中間相瀝青微球?yàn)樵稀⒁膊捎妙愃频幕罨椒ㄖ频帽缺砻娣e高達(dá)4000m2/g的活性炭。日本關(guān)西熱化學(xué)也有這種稱之為Maxsorb的制品。中國(guó)科學(xué)院山西煤炭化學(xué)研究所于1990s年代初開展了這方面的研究工作，并成功制得了高比表面積活性炭（SBET~3600m2/g）。
另外，國(guó)內(nèi)外對(duì)加入H3PO4進(jìn)行活化的研究較多，美國(guó)于1970s年代將原料褐煤及次煙煤用稀磷酸處理，獲得了高比表面及活性的活性炭，其比表面積高達(dá)3000m2/g。現(xiàn)在美國(guó)大約有40%~50%活性炭采用磷酸活化法。法國(guó)、德國(guó)、意大利、比利時(shí)、荷蘭、英國(guó)等西歐各國(guó)大約有15%的生產(chǎn)廠家采用該活化方法。
日本采用磷酸活化法相比于美國(guó)則少些。中國(guó)這方面的報(bào)導(dǎo)則很少，還處于研究起步階段。主要化學(xué)試劑有：氯化鋅、磷酸、硫酸、氫氧化鈉、氫氧化鉀、硫化鉀、碳酸鉀等鉀的化合物。美國(guó)和日本采用化學(xué)KOH活化制備活性炭已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化。
化學(xué)活化法工藝特點(diǎn)是活化溫度低，易對(duì)產(chǎn)品的孔隙結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整。化學(xué)活化法是炭化活化一次完成，有利于形成尺寸較小的碳微晶，容易形成細(xì)的孔隙結(jié)構(gòu)，可以制造出孔隙更發(fā)達(dá)、吸附性能更好的活性炭，炭的相對(duì)得率較高。但化學(xué)活化對(duì)設(shè)備腐蝕性大，污染環(huán)境，其制得的活性炭中殘留化學(xué)藥品活化劑，應(yīng)用方面受到限制。
3）化學(xué)物理活化法：為了發(fā)揮物理活化和化學(xué)活化各自的優(yōu)點(diǎn)，目前世界各國(guó)包括中國(guó)在內(nèi)都在研究、探討將化學(xué)活化法和物理活化法結(jié)合起來，用新型的生產(chǎn)工藝，生產(chǎn)出孔隙結(jié)構(gòu)更加合理、發(fā)達(dá)、吸附性能更優(yōu)越、用途更廣泛的活性炭產(chǎn)品。
4.2.2生產(chǎn)制備技術(shù)
1）連續(xù)化、無公害化制造技術(shù)
歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家在活性炭制造技術(shù)方面已完成大型化、自動(dòng)化、連續(xù)化、無公害化制造體系：如美國(guó)的卡爾崗公司、維斯特維公司、荷蘭的諾瑞特公司、年產(chǎn)活性炭均超過萬噸，員工僅100多人。而且對(duì)制造新工藝的研究與活性炭微孔結(jié)構(gòu)和表面化學(xué)基團(tuán)的關(guān)系研究，做到了品種的專用化和多樣化。如美國(guó)、日本的活性炭產(chǎn)品品種達(dá)到數(shù)百種。
2）活化劑低消耗制造工藝
傳統(tǒng)化學(xué)法制造活性炭的缺點(diǎn)是活化劑消耗大，回收率低，產(chǎn)生的廢水廢氣對(duì)環(huán)境造成危害。隨著工藝技術(shù)的進(jìn)步，日本氯化鋅法活性炭生產(chǎn)技術(shù)采用回轉(zhuǎn)爐兩段法，較低溫活化，其氯化鋅消耗量極低。美國(guó)磷酸法生產(chǎn)活性炭，磷酸消耗在20%（每噸活性炭的酸耗）以下，生產(chǎn)環(huán)境清潔。磷酸的低消耗不僅大大降低生產(chǎn)成本，最主要保護(hù)了環(huán)境，實(shí)現(xiàn)了清潔生產(chǎn)。
3）原料預(yù)處理
活性炭原料的預(yù)處理包括脫灰和預(yù)氧化。活性炭生產(chǎn)原料為木質(zhì)、煤質(zhì)等天然產(chǎn)物，均含有一定量的雜質(zhì)，如Si、Al、Ca、Mg等元素，這些成分在活性炭制備過程中有極敏感的阻止微孔形成的作用通過對(duì)原料脫灰預(yù)處理，能顯著提高活性炭性能。以煤質(zhì)原料為例，國(guó)內(nèi)外研究采用新的研磨技術(shù)結(jié)合化學(xué)洗滌法，可獲得灰分為1%的精煤，但是成本相對(duì)較高。
活化前對(duì)原材料進(jìn)行適當(dāng)?shù)难趸幚恚梢蕴岣呋钚蕴康奈叫阅芎彤a(chǎn)率。原料預(yù)氧化對(duì)活化過程有兩點(diǎn)較為明確的優(yōu)點(diǎn)：一是能降低活化溫度和縮短活化時(shí)間；二是通過原料的預(yù)氧化后增加了原料的表面活性，使得活化作用更容易深入到原料顆粒內(nèi)部。原料預(yù)氧化處理一般有干和濕兩種方法干法為在一定加熱條件下，用空氣、氧氣等氣體作為氧化劑，濕法則常用硝酸、硫酸等作氧化劑。研究表明，氧化預(yù)處理可獲得煤質(zhì)活性炭比表面積3000m2/g，碘吸附值1500mg/g，亞甲基藍(lán)吸附值300mg/g，苯酚吸附值250mg/g的性能，對(duì)于木質(zhì)活性炭的亞甲基藍(lán)吸附值可達(dá)到760mg/g。
4）使用催化活化劑
當(dāng)利用物理活化法制備超級(jí)活性炭時(shí)，添加催化劑進(jìn)行催化活化可成倍提高反應(yīng)速率，降低活化溫度，并且孔徑分布集中。例如，國(guó)內(nèi)專利以采用鈣催化物理活化法，C-H2O反應(yīng)活化能從185kJ/mol降低到164～169kJ/mol，孔徑集中于5～10nm。日本專利采用過渡金屬元素作催化劑，不僅減少了反應(yīng)時(shí)間，而且獲得比表面積達(dá)到2500～3000m2/g的超級(jí)活性炭，有代表性的過渡金屬化合物有Fe2（NO3）3、Fe（OH）3、FePO4、FeBr3、Fe2O3等。但過快的反應(yīng)速度可能會(huì)使微孔壁面被燒穿，破壞微孔結(jié)構(gòu)。
5）使用模板
在無機(jī)物模板內(nèi)很小空間（納米級(jí)）中引入有機(jī)聚合物并使其炭化，然后用強(qiáng)酸將模板溶掉后即可制得與無機(jī)物模板的空間結(jié)構(gòu)相似的多孔炭材料，該方法可制得孔徑分布窄、選擇吸附性高的中孔活性炭。美國(guó)、日本有利用硅凝膠微粒（75～147μm，比表面積470m2，孔徑4.7nm）作為模板，制成比表面積1100～2000m2/g，孔徑為1～10nm，并集中在2nm的窄孔徑分布的活性炭材料。利用模板法制備活性炭的優(yōu)點(diǎn)是可以通過改變模板的方法控制活性炭的孔分布，但該方法的缺點(diǎn)是制備工藝復(fù)雜需用酸去掉模板，使成本提高。
今后，隨著各項(xiàng)新技術(shù)的交叉使用，傳統(tǒng)的活性炭生產(chǎn)工藝與新的技術(shù)相結(jié)合形成新的生產(chǎn)工藝有針對(duì)性地研制具有特殊吸附性能的活性炭將成為重要的研究方向之一。
4.2.3水處理應(yīng)用新技術(shù)
移動(dòng)式水處理系統(tǒng)
活性炭水處理系統(tǒng)向著小型化，更新便捷方向發(fā)展。Calgon公司研發(fā)的Cyclesorb®HP是一種結(jié)構(gòu)緊湊的全不銹鋼飲用水處理設(shè)備，包括大規(guī)模活性炭吸附系統(tǒng)中的所有必要部件。內(nèi)裝近1t粒狀活性炭，最大可處理流量0.27m3/min。當(dāng)處理完畢，用戶可將Cyclesorb®HP作為運(yùn)輸方便的容器運(yùn)回卡爾岡炭素公司，對(duì)使用后的活性炭安全地進(jìn)行再生。
4.3再生技術(shù)
活性炭在水處理運(yùn)行中存在使用量大、價(jià)格高的問題，其費(fèi)用往往占運(yùn)行成本的30%～45%，且活性炭對(duì)污染物的吸附能力是有限的，活性炭吸附污染物飽和后，面臨的問題是要么置換新的活性炭，對(duì)飽和炭廢棄、焚燒，要么對(duì)飽和的活性炭進(jìn)行再生，重新使用。活性炭再生成本較低，通常是用新炭置換飽和碳成本的40%～60%，曼切斯特水廠活性炭再生單位成本為0.48$/kg，而補(bǔ)充新炭的單位成本為1.35$/kg。活性炭再生一般不污染環(huán)境，因此得到越來越廣泛的應(yīng)用。
目前，傳統(tǒng)的再生工藝不斷改的同時(shí)也涌現(xiàn)出一些活性炭再生的新技術(shù)新工藝，從而進(jìn)一步拓寬了活性炭的應(yīng)用領(lǐng)域。
4.3.1再生目標(biāo)
控制吸附性能恢復(fù)率在一定范圍之內(nèi)，注意強(qiáng)度與顆粒的變化，使得整個(gè)系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性處于最佳平衡狀態(tài)。再生效果隨活性炭性質(zhì)、水廠水處理工藝、所使用的化學(xué)藥劑、所吸附的污染物種類和數(shù)量的變化而有所不同，因此活性炭大規(guī)模再生前，應(yīng)當(dāng)對(duì)同一種活性炭，進(jìn)行多次吸附、再生試驗(yàn)，根據(jù)吸附性能、質(zhì)量損失、強(qiáng)度和粒徑變化，做出綜合的評(píng)價(jià)。
例如：國(guó)內(nèi)采用的臭氧-活性炭工藝多為生物活性炭。活性炭表面生長(zhǎng)微生物，分解活性炭所吸附的有機(jī)物，從而延長(zhǎng)了活性炭的吸附周期。盡管生物活性炭上的微生物可以延長(zhǎng)活性炭的使用期限，但是難以恢復(fù)吸附難分解物質(zhì)的活性炭的吸附性能，因此通常還是需要進(jìn)行加熱再生。為了完全恢復(fù)活性炭吸附性能，就必須強(qiáng)化再生條件，結(jié)果往往導(dǎo)致活性炭強(qiáng)度和粒徑的下降，再生質(zhì)量損失上升，需要補(bǔ)充的新炭數(shù)量增加，用于熱再生損失的補(bǔ)充新炭，一般為總炭質(zhì)量的10%～20%，通常占活性炭再生總成本的20%～40%。若只考慮再生爐進(jìn)行設(shè)計(jì)的話，吸附性能100%的恢復(fù)是可以實(shí)現(xiàn)的，但是當(dāng)考慮到作為吸附、再生系統(tǒng)在水廠中使用時(shí)，應(yīng)綜合評(píng)價(jià)各經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，選擇適當(dāng)?shù)脑偕鷹l件。
4.3.2再生方法
1）加熱再生法
方法：加熱再生法是目前應(yīng)用得最多，工業(yè)最成熟的活性炭再生方法。該法主要是通過外部加熱的方式來改變活性炭上的吸附平衡關(guān)系進(jìn)而達(dá)到解析和脫附的目的，從而使活性炭再生。
特點(diǎn)：加熱再生法是傳統(tǒng)的再生方法，由于能夠分解多種多樣的吸附質(zhì)而具有通用性，從而成為主要再生方法。熱再生是恢復(fù)自來水廠活性炭吸附性能的有效方法。炭損失大，多達(dá)5%～10%，運(yùn)輸費(fèi)用大，生物活性炭再生損耗上與純吸附活性炭有所不同，由于生物膜的影響，其再生損耗大大高于純吸附活性炭，根據(jù)此次再生情況保守估計(jì)應(yīng)該在15%～20%。但再生效率較高。
設(shè)備：現(xiàn)國(guó)內(nèi)企業(yè)普遍采用的再生設(shè)備是轉(zhuǎn)爐、多層爐、流動(dòng)層爐等。轉(zhuǎn)爐為一臥式轉(zhuǎn)筒，從進(jìn)料端到出料端爐體略有傾斜，炭通過螺旋輸送設(shè)備，經(jīng)調(diào)速電機(jī)定量給料，途經(jīng)干燥段、高溫活化段、冷卻段，在爐內(nèi)的停留時(shí)間靠?jī)A斜度及爐體轉(zhuǎn)速來控制。由于氧化性氣體對(duì)活性炭自身的燒損較大，一般用水蒸氣作為活化氣體。爐膛溫度一般控制在850～950℃。
改進(jìn)：一般加熱再生法要經(jīng)過高溫分解、氣體活化（CO2、CO等）等步驟，但sabio等將其簡(jiǎn)化，將飽和的活性炭直接進(jìn)行氣體活化進(jìn)行再生，實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明是可行的。對(duì)吸附PNP飽和的活性炭進(jìn)行氣體活化的實(shí)驗(yàn)，使操作大為簡(jiǎn)化，并降低了運(yùn)行成本。同時(shí)因?yàn)榭諝饩哂辛畠r(jià)、處理溫度底，再生周期短等優(yōu)勢(shì)，提出將空氣作為活化氣體的一種選擇，但是與CO2相比，其并不能很好的恢復(fù)活性炭的吸附性能，但卻是值得人們繼續(xù)深入研究的一個(gè)方向。熱再生法在工業(yè)上得應(yīng)用是非常廣泛的，若能有所改進(jìn)或?qū)⑵溥^程簡(jiǎn)化，將會(huì)有可觀得經(jīng)濟(jì)效益及更大的應(yīng)用價(jià)值。
用在給水處理的飽和活性炭的再生質(zhì)量損失（通常在10%～20%），明顯高于廢水處理飽和炭的再生質(zhì)量損失（通常為2%-10%）。給水處理用的活性炭再生質(zhì)量損失比較高的主要原因在于金屬離子在活性炭表面和孔隙中的積累，在高溫再生活化條件下，金屬離子對(duì)活化反應(yīng)起催化作用，加速活化進(jìn)程，從而導(dǎo)致活性炭過度活化，增大了再生質(zhì)量損失。另外，金屬離子生成的無機(jī)鹽類還會(huì)在再生爐中熔融，損壞再生爐的耐火材料和耐熱鋼。自來水廠可采用活性炭再生前實(shí)施酸洗可以去除累積的金屬離子，提高活性炭再生產(chǎn)率，減少灰分。實(shí)際應(yīng)用表明，活性炭再生前通過酸洗，再生炭得率和孔隙分布有明顯改善。
2）生物再生法
方法：生物再生是利用微生物將吸附在活性炭上的污染物質(zhì)氧化降解。微生物的分解效果在于:在活性炭顆粒周圍生長(zhǎng)了一層嫌氣性生物膜，分解被吸附的高分子物質(zhì)或者生物分解度低的物質(zhì)。通過這種作用使難于被吸附的分解產(chǎn)物解吸，再通過外側(cè)的好氣性微生物而被氧化。
特點(diǎn)：生物法簡(jiǎn)單易行，投資和運(yùn)行費(fèi)用較低，但所需時(shí)間較長(zhǎng)，受水質(zhì)和溫度的影響很大。微生物處理污染物的針對(duì)性很強(qiáng)，需特定物質(zhì)專門馴化。且在降解過程中一般不能將所有的有機(jī)物徹底分解成CO2和H2O，其中間產(chǎn)物仍殘留在活性炭上，積累在微孔中，多次循環(huán)后再生效率會(huì)明顯降低。
3）濕式氧化再生法
方法：活性炭濕式氧化再生是在高溫高壓條件下，用氧氣或空氣作為氧化劑，將處于液相狀態(tài)下活性炭上吸附的有機(jī)物氧化分解成小分子的一種處理方法。
特點(diǎn)：濕式氧化再生法處理對(duì)象廣泛，反應(yīng)時(shí)間短，再生效率穩(wěn)定。利用失效炭本身氧化熱來維持反應(yīng)系統(tǒng)溫度，再生過程中無需另外加熱。但濕式再生氧化也存在不足:1）隨吸附種類不同，氧化難易程度相差很大，需選用催化劑，，增加了成本；2）降低活性炭吸附性能，氧化液和廢氣需進(jìn)一步處理；3）最佳氧化溫度不易控制；4）所需設(shè)備需耐腐蝕、耐高壓。
4）溶劑萃取再生法
方法：溶劑萃取再生法是利用活性炭、溶劑與被吸附質(zhì)三者之間的相平衡關(guān)系，通過改變溫度、溶劑的pH值等條件，打破吸附平衡，使吸附質(zhì)從活性炭上脫附下來。根據(jù)所用溶劑的不同可分為無機(jī)溶劑再生法和有機(jī)溶劑再生法。1）無機(jī)藥劑再生，是指用無機(jī)酸（硫酸、鹽酸）或堿（氫氧化鈉）等藥劑使吸附質(zhì)脫除，又稱酸堿再生法。例如用氫氧化鈉溶液洗滌吸附高濃度酚的炭，脫附的酚以酚鈉鹽形式被回收。吸附廢水中重金屬的炭也可用此法再生，再生藥劑可使用HCl等。2）有機(jī)溶劑再生，采用乙醇、苯、丙酮及甲醇等有機(jī)溶劑，萃取吸附活性炭中的吸附質(zhì)。例如吸附高濃度酚的炭、焦化廠煤氣洗滌廢水用活性炭處理后的飽和炭等均可用有機(jī)溶劑再生。
特點(diǎn)：溶劑再生法對(duì)于被吸附物質(zhì)為大分子有機(jī)物質(zhì)或分子結(jié)構(gòu)中支鏈較多的有機(jī)物質(zhì)來說，因“瓶頸效應(yīng)”或“章魚效應(yīng)”，溶劑再生效率較低。在被吸附物種類較多、成分較為復(fù)雜時(shí)，通常需要幾種以上的萃取劑。另外，由于有些化學(xué)溶劑會(huì)腐蝕活性炭表面，破壞活性炭的細(xì)孔結(jié)構(gòu)，降低活性炭的吸附容量和機(jī)械強(qiáng)度。
5）電化學(xué)再生法
方法：電化學(xué)再生發(fā)是采用化學(xué)方法進(jìn)行再生得一種較為理想的方法，主要是將飽和的活性炭填充在兩個(gè)主電極之間，置于電解液中，在直流電的作用下，活性炭極化，在其陰陽(yáng)極發(fā)生氧化還原反應(yīng)而使吸附的污染物發(fā)生分解從而使活性炭再生。電化學(xué)法再生活性炭的影響因素主要有：活性炭所處的電極，所用輔助電介質(zhì)的種類、濃度以及再生電流和再生時(shí)間等。
從電化學(xué)再生飽和苯酚的活性炭實(shí)驗(yàn)結(jié)果得出，吸附苯酚飽和的活性炭，其陰極的再生效率比陽(yáng)極的效果好，當(dāng)電解質(zhì)溶液是NaCl時(shí)，再生效果較好，同時(shí)，再生效率隨電解質(zhì)濃度的增加而增加，但達(dá)1%后無明顯變化，還隨再生電流及再生時(shí)間的增加而提高，但在5h后基本呈穩(wěn)定狀態(tài)。
特點(diǎn)：電化學(xué)再生效率較高，可達(dá)80%～95%，再生均勻，能耗少，炭損少，不會(huì)造成二次污染。電化學(xué)再生技術(shù)剛興起，處于研究階段，可以預(yù)見具有良好的發(fā)展勢(shì)頭。
6）微波輻射再生法
近些年來，微波輻射因微波輻射能量后極性分子通過分子偶極的每秒數(shù)十億次的高速旋轉(zhuǎn)而快速的產(chǎn)生熱效應(yīng)而引起了人們的關(guān)注。微波輻射技術(shù)已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用于家庭，工業(yè)及醫(yī)藥業(yè)等。微波輻射也被用于環(huán)保領(lǐng)域。目前，微波輻射再生活性炭作為傳統(tǒng)再生方法的一種具有可行性的替代方法而被提出。
方法：微波輻射再生法即通過微波輻射活性炭，經(jīng)過高溫使有機(jī)物炭化活化，從而恢復(fù)其吸附性能的方法。微波輻射再生可以看作是內(nèi)加熱的方式使活性炭再生。微波輻射再生的影響因素：微波功率、微波輻照時(shí)間及活性炭粒度及含水量等。從微波輻射再生吸附PCP飽和的活性炭試驗(yàn)看出：微波功率是影響再生的最主要的因素，在一定范圍內(nèi)，微波功率越大，輻照時(shí)間越久，含水率越低，再生效果越好。但是無限的增大微波功率將會(huì)使活性炭受損，應(yīng)根據(jù)具體的實(shí)驗(yàn)來確定相應(yīng)的參數(shù)。
特點(diǎn)：微波輻射再生法可以降解一些較難降解的有機(jī)物質(zhì)，該法簡(jiǎn)單易行，能耗低，周期短，但若工藝條件控制不當(dāng)，則活性炭的燒損比較嚴(yán)重。微波輻射技術(shù)已經(jīng)顯示出其無與倫比的優(yōu)越性，可以預(yù)見在未來的工業(yè)應(yīng)用中具有廣闊的應(yīng)用前景。
7）超聲波再生法
方法：超聲波再生法的最大特點(diǎn)就是在活性炭的局部施加能量，而不需將大量的水溶液和活性炭加熱，，使吸附質(zhì)脫附，從而達(dá)到再生的目的。此再生方法可以說是在加熱再生的方法的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，但是還不成熟，通過理論分析及實(shí)驗(yàn)來證明超聲波再生的可行性。用超聲波再生吸附TCE飽和的活性炭，TCE得到解析，活性炭得以再生。Rege等也用超聲波降解了飽和活性炭上的苯酚。中國(guó)的研究人員業(yè)已通過實(shí)驗(yàn)說明了超聲波再生的有效性。
特點(diǎn)：再生實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該法具有能耗低，工藝及設(shè)備簡(jiǎn)單，炭損小，可回收有用物質(zhì)等優(yōu)點(diǎn)，但再生效率低，且只對(duì)物理吸附有效。
超聲波再生法的研究仍處于起步階段，其與熱再生法相比具有一定的優(yōu)勢(shì)，是非常有發(fā)展?jié)摿Φ脑偕椒ā?span>
8）超臨界CO2萃取再生法
超臨界流體萃取法再生活性炭是20世紀(jì)70年代末開始發(fā)展的一項(xiàng)新技術(shù)。SCF具有密度大、表面張力小、擴(kuò)散系數(shù)大、溶解度大、傳質(zhì)速率高、擴(kuò)散性能好，與固體活性炭不相溶，且對(duì)活性炭表面存在活化作用等優(yōu)點(diǎn)，是再生活性炭的理想溶劑。
方法：依據(jù)SCF萃取原理，利用SCF作為溶劑，將吸附在活性炭上的有機(jī)物擴(kuò)散并溶解于SCF之中。
特點(diǎn)：研究表明，超臨界CO2對(duì)活性炭的再生效果比較理想，在較溫和的條件下就可達(dá)到較理想的再生效率，并且經(jīng)多次循環(huán)使用再生后，活性炭仍能保持較高的吸附性能。其不足之處是：設(shè)備投資大，運(yùn)行成本高。
9）臭氧氧化再生法
方法：臭氧氧化再生法是用臭氧做氧化劑將吸附在活性炭上的有機(jī)物氧化分解，實(shí)現(xiàn)活性炭再生的方法。
特點(diǎn)：臭氧氧化再生會(huì)使活性炭表面酸性官能團(tuán)增多，吸附苯酚的能力下降，所以必須找出合適的臭氧用量，在不改變活性炭表面化學(xué)性質(zhì)的條件下，除去苯酚和其他氧化副產(chǎn)物。
10）光催化再生法
方法：TiO2光催化技術(shù)是近年發(fā)展起來的一種發(fā)展前景看好的環(huán)境友好氧化技術(shù)，其顯著特點(diǎn)是在借助光催化劑表面受光子激發(fā)產(chǎn)生的高活性強(qiáng)氧化劑?OH自由基，將水體中絕大多數(shù)的有機(jī)及部分無機(jī)污染物氧化，使其逐步氧化降解，最終生成CO2、H2O等無害或低毒物質(zhì)，從而實(shí)現(xiàn)活性炭的光催化再生。近年來，研究人員開展了許多TiO2光催化再生活性炭的研究，如:用TiO2光催化再生處理印染廢水的活性炭，可以使有機(jī)污染物分解為H2O和CO2。
特點(diǎn)：光催化再生與印染廢水的濃度、pH值以及其他鹽類和無機(jī)物有關(guān)。光催化再生型活性炭在其吸附達(dá)到飽和后，不需要其他步驟，直接在紫外光照射下即可實(shí)現(xiàn)原位再生，再生工藝簡(jiǎn)單，設(shè)備操作容易，生產(chǎn)規(guī)模可以隨意控制，且可以使用日光輻射，能耗低。因此，光催化再生的研究具有重要意義。其不足之處是：耗時(shí)長(zhǎng)，處理效果尚不十分令人滿意。
11）其他再生方法
活性炭再生的目的即除去吸附質(zhì)，恢復(fù)活性炭吸附性能。由于吸附質(zhì)種類繁多，性質(zhì)各異，，從而決定了再生方法的多樣性。除上面介紹的幾種主要方法外，其他方法如：放電高溫電加熱法（翁元聲，2004）、新型“相轉(zhuǎn)移”再生法（周明華等，2005）、催化濕式氧化法（李光明等，2004）、高頻脈沖再生法（呂德隆等，1996）、原位蒸氣再生法、浮選再生法、雙極性顆粒床電極法（劉守新，2002）、紅外輻照再生、離子交換再生（王巖，2001）等都曾有過報(bào)道。
總之，熱再生因其應(yīng)用的廣泛性，應(yīng)盡力完善其自身的劣勢(shì)，以便獲取更大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。而幾種新起步的再生方法還需不斷的探索以尋求更大的發(fā)展空間。新興起的再生工藝較傳統(tǒng)的再生方法具有炭損小，吸附性能好，且無二次污染等優(yōu)勢(shì)。隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，必將推動(dòng)能耗小，炭損小，再生周期短而效率高的全新再生技術(shù)的涌現(xiàn)及現(xiàn)有技術(shù)的發(fā)展和完善，也將使活性炭在水處理方面擁有更大的市場(chǎng)需求。
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