活性炭國家專精特新“小巨人”企業活性炭產學研合作

　　活性炭載二氧化鈦協同去除二氯甲烷

　　在現代工業化進程中，二氯甲烷(DCM)因其良好的溶解性和揮發性，常被用作溶劑、脫脂劑和化工中間體，卻也因難以在水中徹底降解而成為令人頭疼的有機污染物。近期，一種將活性炭與二氧化鈦(TiO₂)組合起來的“吸附+光催化”協同技術，引起了環保工作者的關注，它既能高效吸附DCM，又能借助光照將其分解成無害小分子，為廢水深度處理開辟了新路徑。

　　為什么要用“活性炭負載二氧化鈦”?

　　活性炭的魅力

　　活性炭因孔隙發達、比表面積高，能夠迅速“抓住”水中大部分有機分子，將它們富集在表面。對DCM這種小分子有機物而言，活性炭的吸附速度快、容量大，非常適合初級凈化。

　　二氧化鈦的魔力

　　TiO₂是一種經典的光催化劑。在紫外光照射下，TiO₂表面會產生·OH(羥基自由基)和O₂·⁻(超氧自由基)等強氧化物種，能夠對有機污染物進行徹底分解，將它們轉化為CO₂、H₂O等無害產物。

　　“強強聯合”如何發揮效能?

　　事實上，單獨使用活性炭容易出現“吸滿為止”——當表面被污染物飽和后，吸附效率急劇下降;而單獨使用TiO₂，則常因顆粒團聚、光生電子–空穴復合而導致催化效率不高。將TiO₂“固定”在活性炭的多孔骨架上，能夠一方面保持TiO₂分散、提升光照利用率，另一方面利用活性炭持續富集DCM，讓光催化“打鐵趁熱”吸附和降解同時進行，效率倍增。

　　協同去除的“秘密武器”

　　表面富集：活性炭的微孔網絡將DCM濃縮在近催化區，讓TiO₂觸碰到更多的靶分子;

　　光生載流：紫外光照下，TiO₂生成電子(e⁻)和空穴(h⁺)，空穴可直接氧化DCM，電子則與表面吸附的O₂反應產生·O₂⁻;

　　自由基攻擊：·OH、·O₂⁻等活性物種像“小鋼炮”一樣，針對DCM分子展開猛烈“攻勢”，一步步斷開碳–氯鍵，最終裂解為CO₂、Cl⁻和少量水;

　　自我再生：經過光催化反應后，一部分被吸附的中間產物也能被氧化分解，活性炭表面的污染物被“原位清理”，下一個循環依然高效。

　　實際應用前景

　　生活污水深度處理

　　家庭或小型工業污水中往往含有微量揮發性有機物(VOCs)，活性炭/TiO₂復合材料可作為末端凈化單元，既能保證排放達標，又可減少活性炭更換頻率。

　　移動式污染應急響應

　　對于突發性化學品泄漏或臨時處理場景，輕便的吸附–光催化模塊能夠快速部署，只需紫外光源和簡單反應槽，就可將含DCM的水體迅速凈化。

　　室內空氣凈化

　　雖然本文側重水處理，但同樣的復合材料也可制備成空氣凈化濾芯，將TiO₂/活性炭裝入風機或空氣凈化器中，利用紫外燈管配合即可分解室內揮發性有機物，實現車間、實驗室、辦公室等空間的空氣深度凈化。

　　小貼士：如何選擇與維護?

　　負載比例：TiO₂負載過高會堵塞活性炭孔道，降低吸附;過低則催化效率不足。一般可先從10%–15%(質量比)嘗試，結合實際測試再調整。

　　光源選擇：雖然紫外光最常用，新型可見光響應TiO₂也在不斷研發中，可根據現場電源條件和安全需求選用相應光源。

　　使用壽命：定期檢查表面污染情況，若發現吸附–催化效率明顯下降，可停止光照，改用化學或熱法再生活性炭，以恢復孔隙與表面活性。

　　結語

　　“活性炭負載二氧化鈦”這一小小的創新，將傳統的吸附與現代的光催化巧妙融合，不僅解決了有機污染物“堵”與“慢”難題，更為環保工程提供了可再生、模塊化、低成本的技術方案。未來，隨著可見光TiO₂、碳基光催化劑等新材料的不斷問世，這一協同凈化模式必將在更廣闊的領域大放異彩。

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