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多孔炭结构调控及其在饮用水净化中的初步应用

朱文慧  
【摘要】:随着社会经济的发展,我国人口持续增多,用水量也急剧增大,水污染日益严重。目前国内绝大多数水处理厂主要采用混凝,沉淀,过滤,液氯消毒等常规水处理工艺,净化效果非常有限,很难达到日益苛刻的饮用水标准。另外,管道中的二次污染也会降低饮用水的质量,造成我国目前饮用水水质较差。因此,水质净化新技术的开发已成为亟需解决的重要问题之一。 活性炭和活性炭纤维都属于多孔炭材料,由于它们具有丰富的孔隙结构和表面化学结构,因此在吸附、催化等领域应用广泛。多孔炭优异的吸脱附功能有望在饮用水深度处理中得到广泛应用。本文以市售的椰壳基活性炭和粘胶基活性炭纤维为原料,分别以双氧水和磷酸氢二铵为浸渍剂对其进行浸渍处理,然后对其进行二次炭化、活化来调控其结构,以期提高多孔炭的净水效果。考察了不同工艺条件下多孔炭对苯、碘、亚甲基蓝吸附的影响,提出了多孔炭结构调控的最佳工艺参数,并利用氮气吸附和红外光谱对多孔炭进行了分析。 研究结果表明调控工艺条件对多孔炭材料的吸附性能影响显著,活性炭的最佳调控工艺条件为:双氧水浓度为30%,双氧水浸渍时间为4h,双氧水温度30℃,炭化温度650℃,炭化时间30min,活化温度870℃,活化时间60min。改性后活性炭的苯吸附值、碘吸附值分别由改性前的134.54 mg/g、429.36 mg/g增大为448.78mg/g、840.92mg/g;活性炭纤维的最佳调控工艺条件为:磷酸氢二铵浓度为10%,浸渍时间为60min,活化温度为850℃,活化时间为30min,改性后活性炭纤维的苯吸附值、亚甲基蓝吸附值分别由改性前的189.66mg/g、90.48mg/g增大为845.74mg/g、263.64mg/g。氮气吸附测试表明经过调控改性后,多孔炭的总孔容、比表面积和中孔率都得到明显提高。红外分析表明,活性炭改性后含有-OH,C=O,活性炭纤维改性后引入了含磷官能团。Boehm滴定表明改性后的活性炭和活性炭纤维中表面酸性基团的含量提高。元素分析表明,活性炭含碳量、含氢量和含氧量均降低,活性炭纤维的含碳量提高,含氢量和含氧量均降低。 为了考察多孔炭对有机污染物的去除效果,本文用调控改性后的多孔炭去除饮用水中的苯酚,考察了投加量、吸附时间和溶液温度、pH值对苯酚去除率的影响,研究结果表明:改性活性炭投加量为5g/L,pH值为6,溶液温度为35℃时,活性炭对苯酚的去除率在98%以上;改性活性炭纤维的投加量为3g/L,pH值为6,溶液温度为15℃时活性性炭纤维对苯酚的去除率达到100%。改性使活性炭和活性炭纤维去除苯酚的效果显著提高,主要归因于多孔炭的吸附作用和表面官能团效应。


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