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本書共8章，系統(tǒng)介紹了活性炭的發(fā)展與吸附理論、制備與應(yīng)用現(xiàn)狀、結(jié)構(gòu)與性能、再生與研究進(jìn)展，制備生物質(zhì)活性炭原材料的類型與主要組成、結(jié)構(gòu)特征與性能測(cè)定、生物質(zhì)資源化的應(yīng)用現(xiàn)狀與發(fā)展方向，生物質(zhì)活性炭制備的基本原理、制備方法及評(píng)價(jià)方法，生物質(zhì)活性炭的主要特征、性能、吸附理論、再生利用、檢測(cè)及其在各領(lǐng)域中應(yīng)用的范圍、原理、工藝流程、技術(shù)參數(shù)等內(nèi)容。

本書有較強(qiáng)的技術(shù)性和針對(duì)性，可供從事水處理及環(huán)境保護(hù)的工程技術(shù)人員、科研人員和管理人員參考，也可供高等學(xué)校市政工程、環(huán)境工程及相關(guān)專業(yè)師生參閱。

近年來(lái)，電鍍、冶金、制革和紡織印染等行業(yè)排出的重金屬離子廢水和化工行業(yè)與醫(yī)療行業(yè)排出的有機(jī)污染廢水已成為生態(tài)環(huán)境的重要污染源，并直接或間接地對(duì)人類健康造成極大的危害。因此，選擇治理重金屬離子廢水和有機(jī)污染廢水的合理方法，對(duì)控制重金屬污染、有機(jī)污染物污染，保證人類健康具有極大的意義。目前，含重金屬離子廢水和有機(jī)污染廢水的處理多采用吸附法，由于該方法具有設(shè)備簡(jiǎn)單、適應(yīng)范圍廣、處理效果好、吸附劑可再生使用等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛采用。

吸附分離是自然界最基本的過(guò)程之一。從20世紀(jì)開(kāi)始，人們就不斷合成人工沸石、樹(shù)脂等高效吸附材料，使它們?cè)谖椒蛛x領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。2005年松花江流域硝基苯污染事件和2007年太湖藍(lán)藻暴發(fā)事件，讓人們充分認(rèn)識(shí)到活性炭在去除水中有機(jī)污染物中的重要性，活性炭被認(rèn)為是水環(huán)境應(yīng)急事件中的萬(wàn)能吸附材料�；钚蕴烤哂胸S富的孔隙結(jié)構(gòu)和巨大的比表面積、碳表面含有多種含氧官能團(tuán)、催化活性和化學(xué)穩(wěn)定性好、機(jī)械強(qiáng)度高、易于反復(fù)使用等一系列優(yōu)異的特性，是一種備受世人關(guān)注的優(yōu)質(zhì)吸附劑。但由于以傳統(tǒng)的煤和石油為原料制備的普通活性炭的成本居高不下，導(dǎo)致水處理成本高，且活性炭再生困難，所以不少學(xué)者把目光投向原料來(lái)源廣泛、價(jià)格廉價(jià)的農(nóng)業(yè)廢棄生物質(zhì)資源，用其制備生物質(zhì)活性炭吸附劑，并用于處理重金屬離子污染廢水和有機(jī)污染物污染廢水，從而達(dá)到以廢治廢、變廢為寶的目的，實(shí)現(xiàn)社會(huì)效益、經(jīng)濟(jì)效益及環(huán)境效益的有機(jī)統(tǒng)一。

為保護(hù)人類共同的家園，世界各國(guó)材料科學(xué)工作者正向著高吸附、多功能、可控化、高強(qiáng)度、低成本方向努力，根據(jù)不同要求和應(yīng)用，制備出可控的、具有特定孔結(jié)構(gòu)和功能型表面官能團(tuán)的新型碳質(zhì)吸附材料及其復(fù)合功能型生物質(zhì)活性炭材料，以支持人類實(shí)現(xiàn)綠色能源和零污染排放的理想愿望�；钚蕴砍藦V泛應(yīng)用于治理重金屬離子廢水和有機(jī)物污染廢水外，其在氣相吸附、超級(jí)電容器、天然氣儲(chǔ)存和催化等領(lǐng)域的應(yīng)用也初顯端倪。

本書從生物質(zhì)活性炭制備的原材料入手，進(jìn)而對(duì)生物質(zhì)活性炭制備的基本原理、性能研究、吸附理論及其在水處理中的應(yīng)用進(jìn)行介紹，具有循序漸進(jìn)的特點(diǎn)。與同類書中傳統(tǒng)活性炭的相關(guān)理論相比，更能體現(xiàn)農(nóng)業(yè)廢棄物資源化的理念。

本書由太原理工大學(xué)李紅艷副教授著。本書在寫作過(guò)程中，太原理工大學(xué)的崔建國(guó)教授給予了全力幫助，程濟(jì)慈、劉連鑫、李琪、溫凱云、趙鵬和嚴(yán)鐵尉、李培瑞等給予了協(xié)助，筆者在此一并表示衷心感謝。

由于生物質(zhì)資源和活性炭跨學(xué)科、專業(yè)面廣，限于筆者水平和著寫時(shí)間，書中難免有不妥和疏漏之處，懇請(qǐng)廣大讀者和同仁批評(píng)指正。

著者

2019年6月于太原

第1章活性炭概述1

1.1活性炭理論1

1.1.1活性炭簡(jiǎn)介1

1.1.2活性炭的發(fā)展2

1.1.3活性炭的吸附理論3

1.1.4影響活性炭吸附的因素4

1.1.5活性炭的應(yīng)用現(xiàn)狀5

1.2活性炭的制備8

1.2.1原材料8

1.2.2炭化方法10

1.2.3活化方法11

1.2.4改性方法11

1.2.5模板合成方法13

1.3活性炭的特點(diǎn)14

1.3.1活性炭的結(jié)構(gòu)14

1.3.2活性炭的性能14

1.4活性炭的表征方法15

1.4.1物理性質(zhì)的表征方法15

1.4.2化學(xué)性質(zhì)的表征方法16

1.5活性炭的再生18

1.5.1物理再生法18

1.5.2化學(xué)再生法19

1.5.3生物再生法20

1.5.4其他再生法21

1.6活性炭的研究進(jìn)展22

1.6.1活性炭研究的發(fā)展趨勢(shì)22

1.6.2生物質(zhì)活性炭的研發(fā)現(xiàn)狀22

參考文獻(xiàn)24

第2章制備生物質(zhì)活性炭的原材料30

2.1生物質(zhì)原材料30

2.1.1生物質(zhì)原材料的來(lái)源32

2.1.2生物質(zhì)原材料的類型33

2.1.3生物質(zhì)原材料的主要組成34

2.1.4生物質(zhì)原材料的結(jié)構(gòu)分析38

2.1.5生物質(zhì)原材料的特點(diǎn)40

2.1.6生物質(zhì)原材料的利用途徑41

2.2生物質(zhì)原材料的性能測(cè)定43

2.2.1灰分的測(cè)定43

2.2.2揮發(fā)分的測(cè)定43

2.2.3含水率的測(cè)定43

2.2.4固定碳含量的測(cè)定44

2.2.5熱重分析計(jì)算44

2.3生物質(zhì)資源化44

2.3.1生物質(zhì)資源化的意義44

2.3.2生物質(zhì)資源化的利用現(xiàn)狀47

2.3.3生物質(zhì)資源化技術(shù)49

2.3.4生物質(zhì)資源化的發(fā)展方向55

2.3.5生物質(zhì)資源的應(yīng)用現(xiàn)狀57

2.3.6生物質(zhì)活性炭的研究進(jìn)展59

參考文獻(xiàn)59

第3章生物質(zhì)活性炭的制備及評(píng)價(jià)66

3.1生物質(zhì)活性炭的制備方法66

3.1.1原材料預(yù)處理67

3.1.2炭化方法67

3.1.3活化方法73

3.1.4加熱方法75

3.1.5化學(xué)氣相沉積法76

3.2制備生物質(zhì)活性炭的活化方法77

3.2.1藥劑化學(xué)活化方法78

3.2.2氣體物理活化方法89

3.2.3化學(xué)物理活化方法94

3.2.4其他活化方法95

3.3生物質(zhì)活性炭的改性方法97

3.3.1表面性質(zhì)改性法97

3.3.2表面氧化改性法98

3.3.3表面還原改性法99

3.3.4負(fù)載物質(zhì)改性法100

3.3.5低溫等離子體改性法101

3.3.6其他改性方法101

3.4生物質(zhì)活性炭的評(píng)價(jià)方法102

3.4.1吸附容量102

3.4.2吸附速率102

3.4.3吸附選擇性103

3.4.4再生性103

3.4.5經(jīng)濟(jì)性103

參考文獻(xiàn)104

第4章生物質(zhì)活性炭的性能研究112

4.1生物質(zhì)活性炭的物理性質(zhì)112

4.1.1粒度分布112

4.1.2密度和強(qiáng)度113

4.1.3孔隙結(jié)構(gòu)113

4.1.4總孔隙度和大孔容積115

4.1.5比表面積116

4.2生物質(zhì)活性炭的化學(xué)性質(zhì)117

4.2.1元素組成117

4.2.2表面官能團(tuán)118

4.2.3表面酸堿性119

4.2.4表面吸附性質(zhì)121

4.3生物質(zhì)活性炭的表征分析123

4.3.1傅里葉變換紅外光譜（FTIR）124

4.3.2比表面積及孔分布（BET）128

4.3.3掃描電子顯微鏡（SEM）135

4.3.4X射線衍射分析（XRD）137

4.3.5能譜分析（EDS）139

參考文獻(xiàn)140

第5章生物質(zhì)活性炭的吸附理論143

5.1概述143

5.2生物質(zhì)活性炭的靜態(tài)吸附理論144

5.3生物質(zhì)活性炭的動(dòng)態(tài)吸附理論145

5.3.1生物質(zhì)活性炭動(dòng)態(tài)穿透曲線145

5.3.2生物質(zhì)活性炭動(dòng)態(tài)穿透曲線的應(yīng)用148

5.3.3生物質(zhì)活性炭動(dòng)態(tài)穿透曲線方程的建立155

5.3.4生物質(zhì)活性炭的動(dòng)態(tài)穿透模型157

5.4生物質(zhì)活性炭的吸附熱力學(xué)159

5.4.1吸附熱力學(xué)基本原理159

5.4.2吸附等溫線159

5.4.3等溫吸附平衡圖164

5.4.4吸附熱力學(xué)平衡常數(shù)165

5.4.5吸附過(guò)程的熱力學(xué)函數(shù)165

5.5生物質(zhì)活性炭的吸附動(dòng)力學(xué)167

5.5.1概述168

5.5.2吸附傳質(zhì)過(guò)程169

5.5.3吸附動(dòng)力學(xué)模型（或方程）170

5.5.4吸附反應(yīng)控制機(jī)理173

5.5.5吸附反應(yīng)傳質(zhì)模型175

參考文獻(xiàn)177

第6章生物質(zhì)活性炭的再生利用180

6.1再生原理182

6.2物理再生法183

6.2.1加熱再生法183

6.2.2超聲波再生法184

6.2.3微波輻射再生法185

6.3化學(xué)再生法185

6.3.1化學(xué)藥劑再生法185

6.3.2濕式氧化再生法187

6.3.3電化學(xué)再生法188

6.4生物再生法189

6.5其他再生法189

6.5.1臭氧氧化再生法189

6.5.2光催化再生法190

6.5.3超臨界流體再生法190

6.6再生經(jīng)濟(jì)分析及評(píng)價(jià)191

6.6.1再生經(jīng)濟(jì)分析191

6.6.2再生經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)192

參考文獻(xiàn)192

第7章生物質(zhì)活性炭的檢測(cè)193

7.1生物質(zhì)活性炭的主要檢測(cè)指標(biāo)193

7.2生物質(zhì)活性炭的性能檢驗(yàn)193

7.2.1物理性能檢驗(yàn)194

7.2.2化學(xué)性能檢驗(yàn)195

7.2.3吸附性能檢驗(yàn)195

7.3生物質(zhì)活性炭微觀結(jié)構(gòu)的檢測(cè)197

7.3.1比表面及孔結(jié)構(gòu)的檢測(cè)198

7.3.2孔容積的檢測(cè)198

7.4生物質(zhì)活性炭應(yīng)用模擬評(píng)價(jià)檢驗(yàn)198

參考文獻(xiàn)199

第8章生物質(zhì)活性炭的應(yīng)用200

8.1生物質(zhì)活性炭在氣相吸附中的應(yīng)用200

8.1.1在煙氣脫硫脫氮方面的應(yīng)用201

8.1.2吸附二氧化碳?xì)怏w的應(yīng)用202

8.1.3吸附有機(jī)氣體的應(yīng)用204

8.2生物質(zhì)活性炭在液相吸附中的應(yīng)用204

8.2.1城市給水處理方面的應(yīng)用205

8.2.2城市污水處理方面的應(yīng)用206

8.2.3工業(yè)廢水處理方面的應(yīng)用206

8.2.4含磷廢水處理方面的應(yīng)用254

8.3生物質(zhì)活性炭在土壤修復(fù)中的應(yīng)用257

8.3.1生物質(zhì)活性炭作為土壤改良劑257

8.3.2生物質(zhì)活性炭作為氣候變化的減緩劑259

8.3.3生物質(zhì)活性炭提高土壤的保水性能259

8.4生物質(zhì)活性炭在催化領(lǐng)域的應(yīng)用259

8.5生物質(zhì)活性炭在其他方面的應(yīng)用260

8.5.1生物質(zhì)活性炭在超級(jí)電容器方面的應(yīng)用261

8.5.2生物質(zhì)活性炭代替燃料263

參考文獻(xiàn)264

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