活性炭吸附塔的再生技術及放熱過程

　　活性炭吸附塔的吸附功能是解決重金屬污染控制較為的方法之一，已有研究工作多針對液相和氣相體系，而將活性炭作為添加劑直接用于固相基質中重金屬的穩定作用研究并不多見。活性炭在吸附重金屬之后保持穩定不至于使重金屬脫附，是活性炭作為添加劑起到穩定作用的關鍵。化學吸附比較穩定，不易脫附，且存在不可逆性的情況，而活性炭的表面化學性質是影響活性炭化學吸附的主要因素，因此可以利用活性炭的表面官能團、雜原子等與重金屬之間的化學作用來吸附效果，達到活性炭對重金屬的穩定作用。相比于鰲合劑中作為配位原子的主要以O，N，S等元素為主，活性炭經表面功能化之后賦存的雜原子O，N，S所形成的基團有可能形成類似鰲合劑的配位基與重金屬生成穩定的配合物。因此可以采用不同的表面功能化來獲取對特定重金屬具有較強結合能力的表面，使活性炭表面具有不同的活性位，增強其對吸附重金屬的適應性。
　　另一方面，活性炭在吸附重金屬后的脫附性能是評價活性炭吸附重金屬后穩定性的重要指標。現有活性炭的脫附研究多是針對吸附質的回收和活性炭的技術。借鑒重金屬形態分級方法對吸附重金屬后的活性炭進行分級浸出，分析重金屬在活性炭上的賦存形態，這對于理解活性炭對重金屬的穩定機理亦能提供有用的信息。此外，重金屬元素的生物可利用性(生物性)與其潛在毒性、環境風險性和遷移轉化性密切相關。在分析重金屬賦存形態的基礎上，輔以生物性檢驗，可進一步說明重金屬的穩定程度。

　　以鉻、鉛作為目標重金屬污染物，通過合成賦氧、氮、硫等不同表面官能團的活性炭，利用其具有的對重金屬結合力強的化學吸附活性位對工業含鉻廢渣及鉛污染土壤兩種含重金屬物系進行穩定化處理。基于活性炭的表面官能團等化學性質表征、重金屬形態測定、生物性評價及固相基質中重金屬浸出分析，結合活性炭對重金屬鉻、鉛吸附及脫附性能，研究重金屬溶液一活性炭一固相基質復雜體系多相界面相互作用，探討活性炭穩定重金屬的作用機理，以解決活性炭用于穩定重金屬污染固相物系(固體廢物、土壤等體系)的關鍵問題。
　　重金屬在活性炭上的吸附，是一種固液界面現象，液相中的重金屬離子被固定到固相活性炭表面。重金屬與活性炭之間的相互作用力決定了這種固定作用的強弱。固液界面發生吸附的作用力根據能量大小主要分為范德華力(包括取向力、誘導力、色散加、靜電力或化學鍵力(包括共價鍵，電荷轉移相互作用等。與以上作用力相對應，可將吸附分為物理吸附和化學吸附。物理吸附是由范德華力作用形成的，化學吸附通過吸附質分子和活性炭骨架之間的化學鍵而形成。靜電力產生的離子交換作用也有化學鍵變化，也有的將其單獨列出，屬離子交換吸附。
　　物理吸附是活性炭與吸附質之間通過范德華力作用的吸附過程，化學吸附是伴隨電荷移動相互作用或活性炭表面基團與吸附質之間生成化學鍵力的吸附，其作用力遠強于物理吸附的范德華力。物理吸附的吸附質可以在小界面范圍內自由移動，因此牢固程度不如化學吸附。
　　從兩種吸附的比較可知，物理吸附時，一種吸附劑可以同時吸附多種物質，一般是放熱過程，低溫條件下吸附效果較好，易于達到平衡，吸附過程受吸附質分子尺寸與活性炭的孔結構控制。化學吸附是選擇性吸附，一種吸附劑只對某種或特定吸附質有吸附作用，脫附困難，一般是吸熱過程，低溫時吸附速率較慢，升高溫度有利于吸附，吸附過程受活性炭表面化學特性、吸附質及溶劑的化學性質等因素影響。
　　吸附質在活性炭上的平衡吸附量與其在液相中的平衡濃度之間的關系曲線稱為吸附等溫線。由吸附等溫線的形狀和變化規律可以了解吸附質和吸附劑的作用強弱，界面上吸附質的狀態和吸附層結構，用以預測可能存在的吸附機理，評價吸附效率和吸附有利性。