New Progresses In Applied Research on Activated Carbon Fiber in Water Treatment

TANG Deng-yong，ZHENG Zheng，Sudong-hui.Guo Zhao-bing
（State Key Laboratory of pollution Control and Resource Reuse，Department of Environmental Engineering，Nanjing University，Nanjing 210093，China）

　　Abstract：The effects of activated Carbon fiber （ACF）in Water purification and　 Wastewater treatment are introduced，and the current situation of the study on ACF in removing organic pollutants in water，purifying polluted groundwater，removing heavy metals，sterilization，as well as in the treatment of wastewater from pharmaceutical industry，phenol－bearing wastewater，wastewater from dyestuff industry，black liquor from paper making industry，organic wastewater and wastewater with high－valence ions are summarized.Four key aspects of　 the research in the use of ACF in water treatment are pointed out.
　　Keywords：activated carbon fiber；water treatment；purification；adsorption

　　活性炭纤维（activated carbon fiber，ACF）是继粉状活性炭（PAC）和颗粒活性炭（GAC）之后的第三代活性炭产品，是随着碳纤维工业发展起来的一种新型碳材料。20世纪60年代初，在碳纤维研究基础上研制出活性炭纤维。20世纪70年代，逐渐开始活性炭纤维的工业化生产。ACF是由有机纤维原料经炭化、活化而成。根据生产中前驱体的不同，ACF主要分为粘胶基ACF、酚醛基ACF、聚丙烯睛基ACF（PAN－ACF）。沥青基ACF（pitch－ACF）等。
　　CF与 PAC、GAC等炭材料相比，孔径分布狭窄而均匀，微孔体积占总孔体积的90％左右，微孔孔径大多在1nm左右，没有大孔和过渡孔。ACF还有一定量的表面官能团，对水溶液中的有机物和重金属离子等有较大的吸附容量和较快的吸附速率，并且容易再生。采用ACF处理原水或废水，可大大减小处理装置的体积，提高处理效率。对于有回收价值的污染物，可通过ACF富集，加以回收，实现资源化。尤为重要的是，ACF对低浓度吸附质，即使对痕量级吸附质仍保持有很高的吸附量，而GAC往往在低浓度时吸附能力大大降低^［l］。ACF还可根据需要加工成纤维束、毡、布、纸以及其它形态，这样便于工程应用和工艺的简化。因而其在水处理中有较广泛的应用。
　　下面就介绍一下最近几年国内外在这方面的研究进展。

1 水质净化

1.1 水源水中有机微污染物的去除
　　孙治荣等^［2］研究了几种ACF去除水中微污染物的效果，其中一种ACF1对CODmn，E_uv254，CCl₄有较好的去除效果，而另一种ACF3对CHCI₃的去除效果最好。当CHCI₃的平衡质量浓度为60μg／L时，ACF3对CHCI₃的吸附容量为 212μg／g。C.Brasquet等^［3］研究了活性炭纤维对苯酚和腐植酸的吸附。ACF对苯酚吸附效果很好，吸附容量为130 mg／g；而对腐植酸几乎不吸附。
1.2 三卤甲烷（THMS）和卤代烃的去除
　　Jun Wen Li等^［4］研究了活性炭纤维和颗粒活性炭对氯化消毒副产物——三卤甲烷（THMS）的吸附。研究发现，ACF的吸附容量大约是GAC的两倍，且随着THMS憎水性增大或溴取代的增多而增大。
　　安丽等^［5］研究了活性炭纤维吸附水溶液中痕量（μg /L级）三氯甲烷和四氯化碳。结果表明，ACF与GAC相比，无论在吸附速率还是吸附容量上，ACF均有明显的优势。
1.3 受污染地下水的净化
　　对于严重污染的地下水必须加以处理，才能满足饮用水水质标准。Jya－Jyun yu等^［6］研究了用活性炭纤维吸附修复受有机氯化物污染的地下水。大多数挥发性有机物（VOCs）（包括三氯乙烯（TCE），四氯乙烯（PCE），1，1，2一三氯乙烷（1，1，2－TCA），1，1－二氯乙烯（1，l－DCE）很容易吸附在ACF上，从而从水中去除这些VOCs。在VOCs的质量浓度为1000－1500μg／L的溶液中，ACF—15对1，1—DCE，TCE，PCE，1，1，2－TCA的吸附容量分别为37.5，62.5，81.0，40.0mg／g。ACF—15对这些VOCs的吸附容量至少是GAC的2倍。与GAC相比，ACF1提供了更快的吸附速度。
1.4 重金属的去除
　　C.Four－Brasquet等^［7］发现，ACF能有效地从水中去除重金属污染。CU^2＋，Ni^2十和Pb²⁺的单组分平衡吸附容量在0.080～0.175mmol／g之间，这些值远大于GAC对这些金属离子的吸附容量。
　　为了增加ACF对重金属的吸附容量，可以对ACF进行改性。J.R.Rangel－Mendez等^［8］用经硝酸、臭氧和电化学氧化处理的PAN—ACF吸附Cd（Ⅱ）。氧化后PAN－ACF的表面积减少，但离子交换能力是未处理前的3.5倍，尤其使电化学处理后的ACF摄入Cd（Ⅱ）的能力是未处理前的13倍。
1.5 杀灭细菌
　　陈水挟等^［9］研究发现：载银ACF对大肠杆菌和金黄色葡萄

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