Hoje em dia, a poluição das águas residuais industriais continua a ser um sério desafio ambiental para todos, com metais pesados, compostos orgânicos e assim por diante. representando ameaças significativas aos ecossistemas e à saúde humana. Estes poluentes não só causam vários problemas, por exemplo a eutrofização da água, a redução da biodiversidade, etc., mas também podem, através do ciclo da cadeia alimentar, pôr em perigo a saúde humana e desencadear várias doenças. A adsorção, como solução eficiente e confiável, tornou-se uma chave inteligente. Ele utiliza inúmeras estruturas de poros e alta área de superfície específica de materiais como carvão ativado e biochar para adsorver efetivamente íons de metais pesados, compostos orgânicos e outras substâncias tóxicas e prejudiciais ao corpo humano. Dentre diversas substâncias, o carvão ativado é amplamente utilizado na área de tratamento de efluentes industriais devido à sua superfície conter grupos funcionais altamente vantajosos, que apresentam excelente seletividade e capacidade de adsorção para diversos tipos de poluentes. Além disso, com o avanço da ciência e da sociedade, surgiram inúmeros novos adsorventes, melhorando ainda mais a eficiência da adsorção e proporcionando diversidade. Este estudo se concentra na investigação do desempenho de adsorção de carvão ativado no tratamento de águas residuais industriais e na exploração de estratégias de otimização de processos para aumentar a eficiência e a sustentabilidade.
O mecanismo de adsorção do carvão ativado inclui interações físicas e químicas: sua grande área superficial consegue adsorção física através de forças de van der Waals. Esta adsorção física depende principalmente dos abundantes locais de adsorção fornecidos pelo grande número de microporos, mesoporos e macroporos na estrutura porosa do carvão ativado, permitindo que moléculas poluentes sejam adsorvidas na superfície ou dentro dos poros do carvão ativado através de forças intermoleculares. Entretanto, grupos funcionais de superfície, por exemplo hidroxilo, carboxilo e assim por diante, podem formar ligações químicas com poluentes alvo, tais como ligações de hidrogénio ou outras substâncias, aumentando assim a selectividade e a eficiência de adsorção para poluentes específicos. Os principais fatores que afetam o desempenho incluem concentração de poluentes, valor de pH, temperatura e outros itens. Tal como, em condições ácidas, os grupos carboxila na superfície do carvão ativado podem ser protonados, aumentando assim a atração eletrostática e a troca iônica entre íons de metais pesados carregados negativamente e aumentando a quantidade de adsorção de metais pesados; embora temperaturas mais altas possam acelerar a cinética de adsorção de certos poluentes orgânicos porque o aumento da temperatura geralmente aumenta o movimento térmico molecular, promovendo a difusão de moléculas poluentes nos poros do carvão ativado e acelerando a obtenção do equilíbrio de adsorção, especialmente para alguns processos de adsorção que exigem a superação de uma certa energia de ativação, um aumento apropriado na temperatura pode ajudar a melhorar a taxa de adsorção e a capacidade de adsorção final. Técnicas avançadas melhoram o desempenho do tratamento de águas residuais com carvão ativado no controle da poluição industrial.
Para atualizar ainda mais os processos de tratamento de águas residuais com carvão ativado, os pesquisadores exploraram muitos métodos diferentes, incluindo modificação de superfície através de tratamento ácido/base ou outros métodos para adaptar o desempenho de adsorção para poluentes específicos; desenvolver tecnologias de regeneração eficientes para prolongar a vida útil do adsorvente e reduzir custos operacionais; e integração com processos complementares para exemplos de coagulação e oxidação avançada para tratar matrizes complexas de águas residuais. Não apenas estes processos de tratamento, mas também numerosos outros processos podem ser explorados. Estas estratégias de otimização não só melhoram a eficiência de remoção de poluentes, mas também trazem viabilidade económica aos sistemas de tratamento baseados em carvão ativado.
A aplicação prática desses processos otimizados tem mostrado resultados promissores em indústrias como a produção química. Especificamente, em termos de expansão da escala técnica, é necessário otimizar o fluxo do processo e projetar a integração de equipamentos para diferentes cenários de tratamento de águas residuais, abordando questões como alto consumo de energia e grande área útil em aplicações de grande-escala. Ao mesmo tempo, devem ser estabelecidas normas padronizadas de produção e operação para garantir a estabilidade e economia da tecnologia. Na exploração de carvão bioativo de baixo-custo a partir de biomassa, é necessário focar na triagem e utilização de recursos de biomassa abundantes e de baixo-custo, como resíduos agrícolas e florestais. Ao melhorar o processo de ativação, a área superficial específica, a estrutura dos poros e os grupos funcionais da superfície do carvão vegetal podem ser melhorados, aumentando assim sua capacidade de adsorção de poluentes da água e reduzindo o custo de produção do carvão vegetal, promovendo sua aplicação no tratamento de águas residuais em grande-escala. Ao mesmo tempo, através da otimização dos parâmetros do processo, eficiência da regeneração e redução dos custos operacionais, etc. Por meio da pesquisa multi{10}}facetada e dos avanços tecnológicos acima, a tecnologia de tratamento de águas residuais com carvão ativado se tornará mais madura, econômica e eficiente e deverá desempenhar um papel fundamental na consecução das metas globais de sustentabilidade hídrica, fornecendo suporte técnico poderoso para lidar com a escassez de água, controlar a poluição da água, garantir a segurança da água potável e promover a reciclagem de recursos hídricos e o desenvolvimento sustentável do meio ambiente.