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、制備方法及評價方法，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。
本書有較強的技術(shù)性和針對性，可供從事水處理及環(huán)境保護的工程技術(shù)人員、科研人員和管理人員參考，也可供高等學校市政工程、環(huán)境工程及相關(guān)專業(yè)師生參閱。
1.本書梳理了近年來生物質(zhì)活性炭方面的相關(guān)研究成果，展示了其在水處理方面的應(yīng)用價值，內(nèi)容介紹循序漸進，理論與實例結(jié)合。
2.與同類圖書相比更能體現(xiàn)農(nóng)業(yè)廢棄物資源化的理念。
3.本書可為水處理相關(guān)研究人員及工程技術(shù)人員提供快捷、高效的研究路徑。
近年來，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污染廢水的合理方法，對控制重金屬污染、有機污染物污染，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污染廢水的處理多采用吸附法，由于該方法具有設(shè)備簡單、適應(yīng)范圍廣、處理效果好、吸附劑可再生使用等優(yōu)點而被廣泛采用。
吸附分離是自然界最基本的過程之一。從20世紀開始，人們就不斷合成人工沸石、樹脂等高效吸附材料，使它們在吸附分離領(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年太湖藍藻暴發(fā)事件，讓人們充分認識到活性炭在去除水中有機污染物中的重要性，活性炭被認為是水環(huán)境應(yīng)急事件中的萬能吸附材料。活性炭具有豐富的孔隙結(jié)構(gòu)和巨大的比表面積、碳表面含有多種含氧官能團、催化活性和化學穩(wěn)定性好、機械強度高、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，所以不少學者把目光投向原料來源廣泛、價格廉價的農(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污染物污染廢水，從而達到以廢治廢、變廢為寶的目的，實現(xiàn)社會效益、經(jīng)濟效益及環(huán)境效益的有機統(tǒng)一。
為保護人類共同的家園，世界各國材料科學工作者正向著高吸附、多功能、可控化、高強度、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物污染廢水外，其在氣相吸附、超級電容器、天然氣儲存和催化等領(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，進而對生物質(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)用進行介紹，具有循序漸進的特點。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李紅艷副教授著。本書在寫作過程中，太原理工大學的崔建國教授給予了全力幫助，程濟慈、劉連鑫、李琪、溫凱云、趙鵬和嚴鐵尉、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)資源和活性炭跨學科、專業(yè)面廣，限于筆者水平和著寫時間，書中難免有不妥和疏漏之處，懇請廣大讀者和同仁批評指正。
著者
2019年6月于太原
李紅艷，太原理工大學，副教授，
教育經(jīng)歷：
1. 2005/09-2010/06，太原理工大學，環(huán)境科學與工程學院，環(huán)境工程系，博士，導(dǎo)師：李亞新
2.2000/09-2003/06，太原理工大學，建筑與環(huán)境工程學院，市政工程系，碩士，導(dǎo)師：崔建國
3. 1994/09-1998/07，太原理工大學，建筑與環(huán)境工程學院，給水排水工程系，學士
科研與學術(shù)工作經(jīng)歷：
1. 2014/09-2015/07，哈爾濱工業(yè)大學，市政環(huán)境工程學院，給排水科學與工程專業(yè)（青年骨干教師訪問交流），副教授
2. 2013/07-至今，太原理工大學，環(huán)境科學與工程學院，給水排水工程系，副教授
3. 2005/09-2013/07，太原理工大學，環(huán)境科學與工程學院，給水排水工程系，講師
4. 2003/07-2005/09，太原理工大學，環(huán)境科學與工程學院，給水排水工程系，助教
第1章活性炭概述1
1.1活性炭理論1
1.1.1活性炭簡介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活性炭的研究進展22
1.6.1活性炭研究的發(fā)展趨勢22
1.6.2生物質(zhì)活性炭的研發(fā)現(xiàn)狀22
參考文獻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)原材料的性能測定43
2.2.1灰分的測定43
2.2.2揮發(fā)分的測定43
2.2.3含水率的測定43
2.2.4固定碳含量的測定44
2.2.5熱重分析計算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)活性炭的研究進展59
參考文獻59
第3章生物質(zhì)活性炭的制備及評價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藥劑化學活化方法78
3.2.2氣體物理活化方法89
3.2.3化學物理活化方法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)活性炭的評價方法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)濟性103
參考文獻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)活性炭的化學性質(zhì)117
4.2.1元素組成117
4.2.2表面官能團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)活性炭的動態(tài)吸附理論145
5.3.1生物質(zhì)活性炭動態(tài)穿透曲線145
5.3.2生物質(zhì)活性炭動態(tài)穿透曲線的應(yīng)用148
5.3.3生物質(zhì)活性炭動態(tài)穿透曲線方程的建立155
5.3.4生物質(zhì)活性炭的動態(tài)穿透模型157
5.4生物質(zhì)活性炭的吸附熱力學159
5.4.1吸附熱力學基本原理159
5.4.2吸附等溫線159
5.4.3等溫吸附平衡圖164
5.4.4吸附熱力學平衡常數(shù)165
5.4.5吸附過程的熱力學函數(shù)165
5.5生物質(zhì)活性炭的吸附動力學167
5.5.1概述168
5.5.2吸附傳質(zhì)過程169
5.5.3吸附動力學模型（或方程）170
5.5.4吸附反應(yīng)控制機理173
5.5.5吸附反應(yīng)傳質(zhì)模型175
參考文獻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化學再生法185
6.3.1化學藥劑再生法185
6.3.2濕式氧化再生法187
6.3.3電化學再生法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)濟分析及評價191
6.6.1再生經(jīng)濟分析191
6.6.2再生經(jīng)濟評價192
參考文獻192
第7章生物質(zhì)活性炭的檢測193
7.1生物質(zhì)活性炭的主要檢測指標193
7.2生物質(zhì)活性炭的性能檢驗193
7.2.1物理性能檢驗194
7.2.2化學性能檢驗195
7.2.3吸附性能檢驗195
7.3生物質(zhì)活性炭微觀結(jié)構(gòu)的檢測197
7.3.1比表面及孔結(jié)構(gòu)的檢測198
7.3.2孔容積的檢測198
7.4生物質(zhì)活性炭應(yīng)用模擬評價檢驗198
參考文獻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吸附二氧化碳氣體的應(yīng)用202
8.1.3吸附有機氣體的應(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264
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