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活性炭纤维在水处理中的应用研究

何培祥  
【摘要】:由于重金属离子污染已经严重威胁到饮用水水源地安全,加之自来水处理工艺中消毒工艺存在的不足,已经越来越引起人们的关注和担忧。控制和处理重金属离子污染,保障水源地水质安全,有效减少饮用水中有毒有害物质,保障饮用水安全已经成为急需解决的问题。活性炭纤维(ACF)微孔结构较多、表面官能团较多、比表面积大、吸附速率快、吸附效率高等优点,广泛的应用于各个领域。针对当前自来水处理工艺及重金属离子处理工艺中存在的不足,本文利用ACF优异的吸附性能,研发出安全、环保的净水器活性炭滤芯和低成本、高效率、操作简便的重金属离子处理工艺,推广活性炭纤维在水处理方向中的应用。 论文主要包括以下两个方面: 1.环保型净水器活性炭滤芯的设计及性能测试。采用天然粘合剂纸浆对活性炭滤芯成型,考察了滤芯的物理性能和对自来水中C1O-的吸附性能,研究了两种再生滤芯,废旧滤芯粉碎后重新成型滤芯及HNO3、甘氨酸改性滤芯对C1O-的吸附性能及物理性能。结果显示,使用纸浆成型的活性炭滤芯、再生滤芯及重新成型滤芯物理性能都能符合应用要求,ACF含量为25,50, 100%的活性炭滤芯,对2mg·L-1 C1O-溶液有效处理能力分别为270,330,420L。加热方法再生滤芯为原滤芯处理能力的92.9%,化学方法再生滤芯为原滤芯处理能力的85.7%。10-50℃时,ACF滤芯的吸附性能稳定。HNO3改性ACF含量为25,50, 100%的活性炭滤芯处理能力是原滤芯的89,91,93%。ACF对Cu2+的吸附符合Langmuir模型,甘氨酸改性ACF对Cu2+的吸附也符合Langmuir模型。对甘氨酸改性ACF成型,滤芯对C1O-处理能力与原滤芯相当,对Cu2+的吸附容量为67.51mg·g-1。 2. F1-ACF两步法处理重金属离子的工艺研究。本文设计出F1试剂沉淀、ACF吸附两步法处理重金属离子,研究了F1-ACF两步法工艺的可行性。用F1试剂对Cu2+,pb2+,Zn2+,Cd2+预处理,测试了未改性ACF和H2SO4,H202,NaOH改性ACF对F1试剂预处理过的Cu2+,pb2+,Zn2+,Cd2+的吸附能力,同时还测试了再生ACF对处理结果的影响及中试规模的可行性。结果显示,F1试剂与重金属离子的最佳吸附配比为1:1,H202改性活性炭纤维(ACF)对重金属离子除去率最大,其次是H2SO4,NaOH基本没有影响。将体系放大10倍,工艺中试对各重金属离子除去率在96%以上,此外,两步法工艺处理后CODMn增加了0.61mg·L-1。ACF再生时,表面吸附的F1试剂充分炭化,F1-再生ACF对pb2+除去率在95%以上。F1-ACF两部法选择性广泛,能有效处理重金属离子,而且具有投资成本低、污水处理成本低廉、处理水量大、操作简便、能实现重金属离子回收、不产生二次污染,值得推广。


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