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活性炭國家專精特新“小巨人”企業活性炭產學研合作

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活性炭吸附微塑料的介紹
文章作者:韓研網絡部 更新時間:2025-4-2 9:00:26

  活性炭吸附微塑料的介紹

  活性炭通過其多孔結構和大的表面面積,通過吸附過程有效去除水中微塑料。這種方法在廢水和飲用水處理中表現出色,尤其對小型微塑料的去除效果顯著。研究表明,顆粒活性炭過濾的去除效率在56.8-60.9%之間,主要通過靜電相互作用等機制工作。然而,其應用面臨成本高和再生困難等挑戰,未來可能需要創新來提升可擴展性。

  詳細報告

  活性炭吸附微塑料是當前水處理領域的重要研究方向,特別是在應對微塑料污染的全球性挑戰中。本報告將詳細探討微塑料的定義、活性炭的吸附機制、去除效率、以及面臨的挑戰與未來發展方向,旨在為讀者提供全面的科學理解。

  微塑料的定義與環境影響

  微塑料是指尺寸小于5毫米的塑料顆粒,根據研究,其來源包括紡織纖維、化妝品中的微珠,以及更大塑料制品的降解(如包裝材料)。2020年,全球塑料生產量已達3.67億噸,預計2050年將增至120億噸,而回收率僅約9%,導致大量微塑料通過河流和海洋擴散。微塑料對水生生態系統構成威脅,可能被魚類和其他生物攝入,最終進入食物鏈,對人類健康產生潛在風險。因此,開發有效的微塑料水處理技術至關重要。

  活性炭的吸附過程與機制

  活性炭是一種經過特殊處理的碳材料,具有高度多孔的結構和大的比表面積,使其適合用于活性炭吸附過程。研究表明,其去除微塑料的主要機制包括靜電相互作用、范德華力等,尤其對聚苯乙烯納米塑料效果顯著。在純水中,帶正電的納米塑料與帶負電的活性炭表面發生靜電吸附,實驗顯示最大吸附容量可達2.20毫克/克,遵循朗繆爾等溫模型,表明單分子層吸附為主。在天然水中,如一些湖水,溶解有機物(DOM)和二價陽離子(如鈣、鎂)可改變微塑料表面電荷,促進其聚集,從而提升吸附容量至6.33毫克/克,吸附動力學符合偽二級動力學模型,顯示顆粒內部擴散并非唯一控制步驟。

  顆粒活性炭在飲用水處理中的應用尤為突出,其過濾過程可顯著降低微塑料豐度。研究表明,活性炭過濾的去除效率為56.8-60.9%,主要針對小型微塑料(小于一定尺寸),而凝結沉降結合使用可進一步提升整體去除率至40.5-54.5%,尤其對纖維狀微塑料有效。

  挑戰與局限性

  盡管活性炭在微塑料去除中表現出色,其應用仍面臨多方面挑戰。根據文獻綜述,活性炭相較于生物炭成本更高,生產過程能耗大,且再生過程(如加熱或清洗)較為復雜,可能導致二次污染或效率下降。此外,標準化測試方法缺乏、吸附性能的變異性(如表面化學性質和孔隙結構差異)也增加了實際應用難度。研究指出,未來需開發更經濟的生產方法,優化生物炭制備,并探索表面改性技術以提升吸附效率。例如,復合材料如磁性海綿碳或石墨烯氧化物海綿已被提出,可同時去除微塑料和其他污染物,但其大規模應用仍需進一步驗證。

  應用場景與未來展望

  活性炭過濾可在飲用水處理廠(DWTPs)和廢水處理廠中使用,適用于入水口(半集中式處理)或使用點(如家庭/社區過濾器)。其易于安裝,但需定期更換濾料,成本較高,尤其在資源有限的地區可能不具經濟可行性。未來研究應聚焦于降低成本、提高再生效率,并整合先進吸附劑至現有水處理系統,以提升微塑料去除的整體效果。此外,政策干預如減少塑料廢物和禁止某些塑料制品的使用,也需與技術手段結合,以全面應對微塑料污染問題。

  活性炭吸附是去除水中微塑料的有效方法,其去除效率和吸附容量在科學研究中已得到驗證,但成本高、再生困難等挑戰限制了其廣泛應用。通過持續創新和技術優化,活性炭在未來微塑料水處理中仍具潛力,為保護水質和減少塑料污染貢獻力量。

文章標簽:椰殼活性炭,果殼活性炭,煤質活性炭,木質活性炭,蜂窩活性炭,凈水活性炭.

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