水污染已成为全球各地普遍面临的严重环境问题之一。随着人口的增长和工业化的进展，这个问题变得更加紧迫。在这种情况下，人们迫切需要一种有效的方法来治理废水。为了解决这个问题，研究人员和工业界人士使用活性炭作为废水处理的一种可行方法。然而，活性炭的高成本和对环境的潜在威胁限制了其广泛应用。为了解决这个问题，人们开始寻找一些方法来改进活性炭的性能并降低其成本。活性炭改性是一个有前途的领域，可以改善活性炭的效率和性能，提高其厌氧耐受性、生物降解性等特性。本文介绍了活性炭改性的方法，重点介绍了在水处理中的应用。
一、活性炭概述
活性炭是一种由天然或人工材料制成的多孔吸附剂，广泛应用于水处理、空气净化、食品加工、药品生产等领域。它具有多孔的内部结构和大比面积，能够将气体、液体中的污染物、异味以及色素等物质吸附，因此被称为万能吸附剂。
活性炭通常由煤、木材、废弃农作物等物质制成。制作过程中需要进行碳化和活化，以打造活性炭的孔隙结构和比表面积。当原材料在加热条件下进行碳化后，会生成一种类似于烟煤的碳质物质。这些物质再经过一定比例的活化剂处理，以开发出更多的微孔和介孔，以提高其孔隙度和比表面积，形成活性炭[1]。
活性炭广泛应用于水处理，可用于去除水中的色素、异味、有机物、重金属、化学物质等。需要注意的是，活性炭的选择需要根据具体的应用和物质去除要求进行。不同类型或不同来源的活性炭，其孔隙结构和吸附性能会有所不同，因此需要根据实际情况进行选择。另外，活性炭的再生和处理也需要遵从环保和水质规范，以保证其安全和可靠性。
二、活性炭改性方法
活性炭改性是指通过一系列化学反应和物理变化使活性炭的物理、化学和表面性质发生变化的过程。活性炭可以通过以下方法进行改性。
（a）酸处理：酸处理是一种常见的活性炭改性方法。这种方法可以使活性炭表面的酸性官能团增加，从而提高其催化活性，增加吸附能力。但是，酸处理需要使用强酸，其过程成本较高。
（b）氧化：氧化是另一种改性方法，可通过氧化剂的作用增加活性炭表面官能团的数量，提高其活性和吸附能力。但这种方法的催化活性并不高，且在操作中易发生“过氧化”作用。
（c）碱处理：碱处理也是一种常用的活性炭改性方法。碱溶液可以使活性炭表面的碱性官能团增加，从而提高其吸附率和选择性。但碱处理也有缺点，如碱性官能团易被洗去，且碱处理不适合于使用大量的酸和碱类溶液。
（d）物理处理：活性炭可以通过物理改性来改善其性能，如热处理、微波辐射处理、化学蒸汽沉积等。这些方法可以改变活性炭的物理性质，提高其吸附能力和选择性。但是，这些方法的成本也相对较高[2]。
三、活性炭改性后在水处理中的应用
（一）活性炭改性后去除水中金属离子
活性炭通过物理吸附、电化学吸附和配位作用等多种机理，可以去除水中的重金属离子，例如汞、铅、铬、镍、铜、锌和铁等。下面是使用活性炭去除金属离子的基本步骤：1. 确定金属离子的种类和浓度，选择相应的活性炭。不同的金属离子对活性炭的吸附效果不同，因此需要根据实际情况选择适合的活性炭。
2. 预处理活性炭。通常需要进行一些预处理，如煅烧、酸洗或碱洗等，以去除杂质和控制活性炭的酸碱度。3. 将活性炭与水中的金属离子接触。可以将活性炭置于污水处理池中，或将污水通过活性炭填充床进行处理。由于活性炭的特殊孔道结构，金属离子会被吸附到活性炭的表面和孔道中[3]。
（二）活性炭改性后去除水中致病菌
活性炭改性后主要通过物理吸附、化学吸附和微生物生长抑制等机制去除水中的致病菌。以下是使用活性炭去除水中致病菌的步骤：
1. 选择合适的活性炭。活性炭的孔隙度和比表面积对其吸附效果至关重要，因此需要选择适合去除微生物的活性炭。通常选择孔径大小为0.2-2微米的微孔活性炭，其孔隙度较高，能更好地去除微生物。2. 将活性炭加入水中。将适量的活性炭加入水中，放置一段时间，让活性炭发挥吸附和抑制微生物生长的作用。3. 等待微生物去除过程完成。活性炭能够吸附水中的微生物，速度通常根据微生物浓度、水温、接触时间等因素的不同而异。也可通过控制反应时间等优化实验条件。4. 隔离和分离活性炭。将水中的活性炭和去除的微生物分离，以保持水质清洁。5. 活性炭再生或替换。活性炭在进行吸附过程中会渐渐饱和，需要进行再生或者更换活性炭。需要注意的是，活性炭虽然可以去除许多致病菌，但并不是所有致病菌都可以去除。某些菌株可能对活性炭有耐药性，或者活性炭吸附作用不够明显，因此在处理时还需要综合考虑实际情况，并遵循相关的环保和水质规范。另外，使用活性炭时还需考虑水质的pH值、温度、营养物质含量、水质污染程度等因素，并进行实验和优化[4]。
（三）活性炭改性后去除水中有机物
活性炭是一种广泛应用于水处理中的吸附材料，广泛应用于去除水中的有机物质，包括挥发性有机物、有机酸、酚类、油类、悬浮物和胶体等。活性炭改性后能够通过表面吸附、空隙吸附和化学吸附等方式从水中去除有机物。以下是使用活性炭去除水中有机物的步骤：1. 选择合适的活性炭。活性炭的吸附能力与其孔隙度、比表面积等因素有关，因此需要选择适合该水质和有机物的活性炭。通常，越大的孔隙和比表面积越高的活性炭，其吸附能力也就越强。2. 将活性炭加入水中。将指定量的活性炭加入水中，通过搅拌或过滤形成混合物。3. 等待吸附过程完成。活性炭会吸附水中的有机物，速度通常取决于有机物浓度、吸附剂的分布均匀程度和接触时间等因素。通常建议将混合物保持在一定时间内，以充分吸附有机物。4. 隔离和分离活性炭。为了避免活性炭污染水质和排放，需要将活性炭从水中隔离和分离出来[5]。通常可通过沉淀和过滤方法将其分离出来。5. 活性炭再生或替换。活性炭在进行吸附过程中渐渐饱和，吸附效果下降。需要进行再生或更换活性炭，以保证处理质量和处理效率。需要注意的是，活性炭能去除的有机物种类和性质各异，针对不同的有机物需要有相应的处理方法和实验条件。同时，活性炭吸附效果受到水温、pH值、离子浓度、水中其他杂质、反应时间等多种因素的影响，实际应用时还需进行实验和优化。
结束语：
总之，活性炭改性是一种有效的方法，可以提高其吸附、催化和生物降解性能，是一种有前途的研究领域。本文介绍了活性炭改性的方法，并重点介绍了在水处理中的应用。我们的结论对活性炭的设计和使用提供了一些实用建议。活性炭改性可以大大提高其在特定应用中的效率和性能。
参考文献：
[1]伏晓林,贾彪,王占鑫,任芝军. 活性炭再生方法及其在水处理中的应用研究进展[J]. 工业用水与废水,2020,51(03):1-5.
[2]于萌. 活性炭改性方法及其在水处理中的的应用[J]. 环境与发展,2017,29(08):72+74.
[3]马俊丽. 活性炭改性方法及其在水处理中的应用[J]. 质量探索,2016,13(05):45+44.
[4]储伟. 活性炭改性方法及其在水处理中的应用[J]. 化工管理,2014,(12):80.
[5]梁霞,王学江. 活性炭改性方法及其在水处理中的应用[J]. 水处理技术,2011,37(08):1-6.
