Tegenwoordig blijft industriële afvalwatervervuiling een ernstige milieuuitdaging voor iedereen, met zware metalen, organische verbindingen enzovoort. vormen aanzienlijke bedreigingen voor ecosystemen en de menselijke gezondheid. Deze verontreinigende stoffen veroorzaken niet alleen verschillende problemen, bijvoorbeeld watereutrofiëring, verminderde biodiversiteit, enzovoort, maar kunnen via de voedselketencyclus uiteindelijk ook de menselijke gezondheid in gevaar brengen en verschillende ziekten veroorzaken. Adsorptie is als efficiënte en betrouwbare oplossing een slimme sleutel geworden. Het maakt gebruik van de talrijke poriestructuren en het hoge specifieke oppervlak van materialen zoals actieve kool en biochar om zware metaalionen, organische verbindingen en andere giftige en schadelijke stoffen effectief aan het menselijk lichaam te adsorberen. Van de verschillende stoffen wordt actieve kool veel gebruikt op het gebied van industriële afvalwaterzuivering vanwege het oppervlak dat zeer voordelige functionele groepen bevat, die een uitstekende selectiviteit en adsorptievermogen hebben voor verschillende soorten verontreinigende stoffen. Bovendien zijn er met de vooruitgang van de wetenschap en de samenleving talloze nieuwe adsorbentia ontstaan, die de adsorptie-efficiëntie verder verbeteren en voor diversiteit zorgen. Deze studie richt zich op het onderzoeken van de adsorptieprestaties van actieve kool in de behandeling van industrieel afvalwater en het verkennen van procesoptimalisatiestrategieën om de efficiëntie en duurzaamheid te verbeteren.
Het adsorptiemechanisme van actieve kool omvat fysische en chemische interacties: het grote oppervlak ervan bereikt fysieke adsorptie via van der Waals-krachten. Deze fysieke adsorptie is voornamelijk afhankelijk van de overvloedige adsorptieplaatsen die worden geboden door het grote aantal microporiën, mesoporiën en macroporiën in de poreuze structuur van actieve kool, waardoor verontreinigende moleculen door intermoleculaire krachten op het oppervlak of in de poriën van de actieve kool kunnen worden geadsorbeerd. Ondertussen kunnen functionele oppervlaktegroepen, bijvoorbeeld hydroxyl, carboxyl enzovoort, chemische bindingen vormen met doelverontreinigende stoffen, zoals waterstofbruggen of andere stoffen, waardoor de selectiviteit en adsorptie-efficiëntie voor specifieke verontreinigende stoffen worden verbeterd. De belangrijkste factoren die de prestaties beïnvloeden zijn onder meer de concentratie van verontreinigende stoffen, de pH-waarde, de temperatuur en dergelijke. Zo kunnen onder zure omstandigheden de carboxylgroepen op het geactiveerde koolstofoppervlak worden geprotoneerd, waardoor de elektrostatische aantrekking en ionenuitwisseling tussen negatief geladen zware metaalionen wordt versterkt en de adsorptiehoeveelheid van zware metalen wordt vergroot; terwijl hogere temperaturen de adsorptiekinetiek van bepaalde organische verontreinigende stoffen kunnen versnellen, omdat de temperatuurstijging gewoonlijk de moleculaire thermische beweging verbetert, waardoor de diffusie van verontreinigende moleculen in de poriën van de actieve kool wordt bevorderd en het bereiken van adsorptie-evenwicht wordt versneld, vooral voor sommige adsorptieprocessen waarbij een bepaalde activeringsenergie moet worden overwonnen, kan een passende temperatuurverhoging de adsorptiesnelheid en de uiteindelijke adsorptiecapaciteit helpen verbeteren. Geavanceerde technieken verbeteren de prestaties van de afvalwaterzuivering met actieve kool bij de beheersing van industriële vervuiling.
Om de afvalwaterbehandelingsprocessen met actieve kool verder te verbeteren, hebben onderzoekers veel verschillende methoden onderzocht, waaronder oppervlaktemodificatie door middel van zuur/base-behandeling of andere methoden om de adsorptieprestaties aan te passen aan specifieke verontreinigende stoffen; het ontwikkelen van efficiënte regeneratietechnologieën om de levensduur van het adsorbens te verlengen en de bedrijfskosten te verlagen; en integratie met complementaire processen voor bijvoorbeeld coagulatie en geavanceerde oxidatie om complexe afvalwatermatrices te behandelen. Niet alleen deze behandelingsprocessen, maar ook tal van andere processen kunnen worden onderzocht. Deze optimalisatiestrategieën verbeteren niet alleen de verwijderingsefficiëntie van verontreinigende stoffen, maar zorgen ook voor economische haalbaarheid van de behandelingssystemen op basis van actieve kool.
De praktische toepassing van deze geoptimaliseerde processen heeft veelbelovende resultaten opgeleverd in industrieën zoals de chemische productie. In het bijzonder is het, als het gaat om het uitbreiden van de technische schaal, noodzakelijk om de processtroom te optimaliseren en de apparatuurintegratie te ontwerpen voor verschillende scenario's voor de behandeling van afvalwater, waarbij problemen als een hoog energieverbruik en een groot vloeroppervlak bij grootschalige toepassingen- worden aangepakt. Tegelijkertijd moeten er gestandaardiseerde productie- en exploitatienormen worden vastgesteld om de stabiliteit en de economie van de technologie te garanderen. Bij de exploratie van goedkope bioactieve houtskool uit biomassa is het noodzakelijk om de nadruk te leggen op het screenen en benutten van overvloedige en goedkope biomassabronnen zoals land- en bosbouwafval. Door het activeringsproces te verbeteren kunnen het specifieke oppervlak, de poriestructuur en functionele oppervlaktegroepen van de houtskool worden verbeterd, waardoor de adsorptiecapaciteit voor waterverontreinigende stoffen wordt vergroot en de productiekosten van de houtskool worden verlaagd, waardoor de toepassing ervan in grootschalige afvalwaterzuivering wordt bevorderd. Tegelijkertijd door het optimaliseren van procesparameters, regeneratie-efficiëntie en het verlagen van de bedrijfskosten, enz. Door het bovengenoemde veelzijdige onderzoek en de technologische doorbraken zal de technologie voor de behandeling van afvalwater met actieve kool volwassener, economischer en efficiënter worden en naar verwachting een sleutelrol spelen bij het verwezenlijken van de mondiale waterduurzaamheidsdoelen, door krachtige technische ondersteuning te bieden voor het aanpakken van watertekorten, het beheersen van waterverontreiniging, het waarborgen van de veiligheid van drinkwater en het bevorderen van het recyclen van waterbronnen en de duurzame ontwikkeling van het milieu.