活性炭可以吸附重金屬離子的原理

在水污染治理領域，重金屬離子（如鉛、鎘、汞、銅等）因其毒性強、難降解、易生物富集的特性，成為威脅生態環境與人類健康的重要污染物。活性炭作為一種經典的吸附材料，憑借優異的吸附性能，在重金屬廢水處理中得到廣泛應用。下面說說活性炭可以吸附重金屬離子的原理。

一、吸附重金屬離子的關鍵原理

活性炭吸附是多機制協同作用的結果。物理吸附依靠范德華力，離子因分子間引力附著于孔隙，無選擇性且可逆，適合低濃度廢水初期處理。化學吸附是核心，通過化學鍵結合：官能團中 O 原子與重金屬離子形成配位鍵；羧基等解離釋放 H?，與重金屬陽離子交換；活性炭還能還原高價重金屬，如將 Cr??轉為 Cr3?再吸附。此外，特定 pH 下，重金屬離子與陰離子生成沉淀附著于孔隙，作為補充機制。

二、影響吸附效果的主要因素

pH 值至關重要，酸性條件下活性炭表面帶正電，與陽離子排斥，吸附效率低；中性或弱堿性時，官能團解離帶負電，吸附力增強，但強堿性易致沉淀脫離。活性炭特性也有影響，微孔利于小分子離子吸附，比表面積越大吸附位點越多；表面負載氨基、硫基等改性后，選擇性與容量顯著提升。初始濃度高則吸附速率快，直至位點飽和；接觸時間需 30-120 分鐘以達平衡。溫度多為常溫，高溫抑制物理吸附，卻可能促進部分化學吸附。

三、活性炭的核心特性

活性炭的吸附能力源于獨特結構與表面性質。它由木質、煤質等原料經碳化、活化制成，形成微孔（＜2nm）、中孔（2-50nm）、大孔（＞50nm）構成的多孔結構，比表面積可達 500-2000m2/g，為重金屬離子提供大量附著位點。同時，活化過程使表面生成羧基（-COOH）、羥基（-OH）等含氧官能團，賦予其化學活性與電荷，為吸附奠定基礎。

所以，上述的數據僅供參考，在電鍍廢水處理中，經預處理后用活性炭吸附，可使重金屬濃度降至 0.1mg/L 以下；飲用水深度處理中，活性炭過濾器能去除微量 Pb2?等；礦山廢水處理結合生物工藝，Cd2?去除率達 98%。相比其他材料，活性炭原料廣、成本低且可再生，但選擇性與容量需提升。

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