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活性炭去除工業廢水中的乙酸
高級氧化工藝在工業上用于處理廢水，包括產生強氧化自由基，攻擊污染物并破壞化學鍵。然而，很難將有機化合物完全礦化成CO2和H2O。乙酸是高級氧化工藝出水中的典型代表物質，為了達到高級氧化工藝出水的排放標準，活性炭吸附法去除乙酸是一種直接的方法。與粉末活性炭和顆粒活性炭相比，球形活性炭具有適當流體動力學特性。在吸附過程中，它具有灰分較小、壓力損失較低、流動性較高、堆積密度較大等獨特優勢。
活性炭的形態和化學成分
SEM被用于研究活性炭的形態、表面粗糙度和粒度。其內部孔隙結構信息也可以通過橫截面的SEM進行分析。SEM圖像顯示球型活性炭具有均勻的球形，粒徑(直徑)約為600μm(圖1a)。表面比較光滑，有較大的裂紋和孔隙結構，表面有許多無序的微晶結構(圖1b)。橫截面顯示了一些分布均勻的相對均勻的孔隙(圖1c和1d)。
圖1：活性炭表面和橫截面的SEM圖像。(a,b)活性炭在不同尺度下的表面形態。(c,d)活性炭橫截面在不同尺度下的形態特征。
影響活性炭吸附乙酸的因素
ph值的影響，由于溶液的pH值改變了吸附劑和被吸附物的電荷，乙酸在活性炭上的吸附強烈依賴于pH值的變化。該研究是在1.5到10的pH值范圍內進行的，保持其他參數不變，結果如圖2(a)所示。乙酸的去除率在低于3時隨著pH值的升高而逐漸增加，在pH=3時獲得最大吸附去除率(58.64%)。較高的pH值，當溶液呈堿性(pH=6-10)時，直到下降到幾乎為零。這種趨勢可以通過活性炭表面之間的靜電相互作用來解釋和醋酸分子。在進一步的實驗中，pH值固定在3。
圖2：(a)pH值的影響，(b)溫度的影響。
溫度也影響吸附過程。考察了不同溫度下不同濃度醋酸溶液的吸附過程，其他條件不變。結果如圖2(b)所示。對于不同濃度的乙酸稀釋劑，25℃時的吸附去除率高于35℃時的吸附去除率，表明吸附過程是放熱的。因此進一步的實驗僅在25℃下進行。對于工業應用，室溫條件是可行的，無需提供額外的熱源。
活性炭的吸附機制
活性炭對乙酸的吸附機理如圖3所示。結合上述吸附實驗和表征結果，吸附過程可能包括多個方面。首先，活性炭在足夠多的孔隙中可以發生孔隙填充效應，從而有效地吸附乙酸。其次，活性炭和乙酸之間存在靜電引力。在較高pH的溶液中，活性炭表面具有更多的負電荷，導致CH3COO-與活性炭表面之間的靜電排斥更強。
圖3：活性炭對乙酸的吸附機理。
活性炭去除工業廢水中的乙酸中，我們研究了球形活性炭的乙酸吸附性能。由于其豐富的微孔結構和大的比表面積，活性炭與其他吸附劑相比具有很大的優勢(吸附性能)。后續活性炭在通過簡單洗脫再生后表現出良好的可回收性，這是由于完整的孔隙特性。對于實際的工廠廢水，活性炭通過簡單的洗脫也具有良好的吸附再生性能，對工業應用具有一定的指導意義。根據活性炭的表征探討吸附機理，有利于開發類似的替代產品，從而進一步降低吸附劑的成本。也為活性炭在高級氧化工藝耦合吸附中的應用達到工業廢水達標排放提供了科學依據。
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