使用活性炭去除废水中的磷
随着工业的快速发展，农业的集中生产导致废水排放量增加，水体富营养化已显示出对水生生态系统的严重威胁。磷（P）和氮（N）在较小程度上是植物生长的重要营养物质，如果浓度过高，可能会引起水体的富营养化。因此，需要选择一种对自然友好且除磷效率高的方法。活性炭是一种从广泛的水溶液中去除污染物的优良吸附剂，具有较高的比表面积和吸附容量、较高的内部微孔、丰富的功能基团以及低成本。
与其他方法相比，活性炭应用的重要性
从废水、水溶液、污水污泥和肥料中除去磷的方法有很多种。一般来说，除磷方法的选择很大程度上取决于废水的特性，方法的选择对生成的产物和除磷效率有很大的影响。大多数生物、化学和物理方法都用于去除废水中的磷。吸附技术的使用非常有吸引力和有效，因为它效率高，而且不产生污泥。用于除磷的吸附剂包括：粘土矿物、沸石、氧化铝、石灰石、生物炭和活性炭。这种方法存在各种可能影响其使用的运行条件。与化学法和生物法相比，图1显示了活性炭吸附的应用优势。吸附作为一种物理方法，由于其成本低、操作简单、效率高、吸附率高，尤其是在低磷水平下，受到了广泛的关注。
图1：与其他除磷方法相比，活性炭应用的优势。
影响活性炭吸附磷的一些因素
活性炭的表面积：通常，随着热解温度的升高，活性炭的孔隙结构发展，其比表面积也随之增加。活性炭除磷通常是通过吸附过程完成的，生物炭表面的发展改善了磷从溶液到吸附剂表面的转移。
金属氧化物的影响：有些活性炭中含有多种金属氧化物，包括铁、铝、钙、镁等。金属氧化物的存在增加了活性炭对磷的吸附。水溶液中的磷酸盐通过弱氢键与这些金属氧化物发生反应形成沉淀。磷酸盐也可能通过化学反应和强化学键与这些金属氧化物发生反应形成沉淀。各种研究对不同类型的活性炭对磷的吸附进行了调查，结果表明，钙、镁含量较高的生物炭对磷的吸附率较高。由于羟基官能团密度的增加，复合活性炭对磷的吸收增加。因此，在活性炭的制备之前要进行增加金属阳离子浓度的化学预处理。
活性炭对磷的吸附热力学及机理
活性炭具有特殊的物理化学性质，如较高的比表面积、较高的孔隙率等，可用于回收废水中的磷，因此研究其吸附机理、动力学模型和热力学，对了解活性炭中吸附过程的本质具有重要意义。
动力学模型类型，包括拟一级、拟二级和颗粒内扩散模型，可以深入了解活性炭中磷的吸附机制。一些研究表明，拟一级是暗示磷物理吸附的最佳模型。热解温度是已知的改善磷吸附的一个因素。在高温热解下，电位、总体积、比表面积和 pH 值会增加。在高热解温度下可以获得最大的磷吸附。模型的行为在几个温度和活性炭原料类型下有所不同。
通常，磷吸附过程在活性炭中为吸热反应。包括、和在内的等温线能够预测活性炭对废水中磷的吸附。在这些条件下，通常与实验数据更吻合。图2总结了活性炭表面磷吸附的各种机制。一些机制以较高的亲和力和强度将磷固定在其表面（例如，配体交换和内球双齿），而其他机制以较低的强度将磷固定在表面（例如，外球络合和静电吸引），从而降低了磷的去除效率。
图2：磷吸附在活性炭表面的潜在机制。
活性炭用于废水除磷。活性炭可用于去除水溶液和废水中的磷。其吸附能力受活性炭的物理化学性质、预处理方法和热解条件的影响。由于活性炭作为物理吸附剂具有较高的孔隙空间，因此在不同磷浓度水平下均表现出较高的效率。磷的吸附一般取决于活性炭表面可利用的金属阳离子的数量和类型，因为活性炭吸附磷的主要机制通常是通过化学沉淀。增加活性炭吸附能力的一种方法是通过各种方法改性吸附剂，因此经过多次试验发现，活性炭可以去除废水中的磷，并且效果相对较好。