活性炭國(guó)家專精特新“小巨人”企業(yè)活性炭產(chǎn)學(xué)研合作

　　鈣離子和pH對(duì)活性炭吸附的影響，活性炭廣泛用于地下水過濾和廢水處理，因?yàn)樗�具有高表面積和多孔結(jié)構(gòu)，可以物理吸附各種污染物，特別是在與揮發(fā)性有機(jī)化合物(VOC)的相互作用方面。目前活性炭已用作一系列滲透性反應(yīng)性墻(PRB)中有機(jī)污染物的吸附劑，尤其用于處理受氯化有機(jī)化合物污染的地下水。為了更好地利用活性炭，研究了不同設(shè)計(jì)的含活性炭PRB結(jié)構(gòu)并應(yīng)用于地下水處理。PRB利用地下水流被動(dòng)將污染物與屏障中的活性炭接觸，從而達(dá)到吸附過濾污染物的效果。

　　地下水中的主要污染物為TCE，本次我們研究的是使用活性炭滲透反應(yīng)墻來處理地下水。經(jīng)過我們的一些列研究方法，了解到地下水中的Hp值與鈣離子對(duì)活性炭的吸附與再生過程的影響。對(duì)以后的廢水處理上有一個(gè)數(shù)據(jù)上的支持。

　　實(shí)驗(yàn)方法

　　所有實(shí)驗(yàn)均以分批模式和在環(huán)境室溫下的非緩沖溶液中進(jìn)行。樣品的初始pH用H2 SO4和NaOH調(diào)節(jié)。所有實(shí)驗(yàn)均在帶有聚四氟乙烯涂覆的塞子和磁力攪拌裝置的2L錐形燒瓶中進(jìn)行。用具有可調(diào)節(jié)攪拌速率(150rpm)的磁力攪拌器攪拌反應(yīng)液。包括對(duì)照在內(nèi)的實(shí)驗(yàn)一式三份。抗壞血酸用于終止自由基反應(yīng)。.在實(shí)驗(yàn)中選擇吸附三次，因?yàn)?次吸附不僅實(shí)現(xiàn)了高TCE去除效率，而且足夠的TCE可以吸附在活性炭中。

　　一、pH對(duì)活性炭吸附/再生過程的影響。

　　為了研究pH對(duì)活性炭吸附過程的影響，進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)試驗(yàn)。吸附實(shí)驗(yàn)在2L TCE溶液(30mg L-1)和1g活性炭中進(jìn)行，同時(shí)將初始pH調(diào)節(jié)至3,7和9從5mL反應(yīng)溶液樣品中分析TCE濃度。在含有1mL抗壞血酸(0.1mol L-1)的10mL硼硅酸鹽小瓶中混合10,30,60,120,180,240,360,480,720和1440分鐘。

　　在活性炭的再生過程中，首先進(jìn)行吸附過程，同時(shí)將溶液pH固定在7，選擇反應(yīng)時(shí)間12小時(shí)(根據(jù)達(dá)到吸附平衡時(shí)的動(dòng)力學(xué)試驗(yàn)結(jié)果)。吸附過程進(jìn)行3次以幫助活性炭飽和(未完全飽和)，然后將飽和的活性炭冷凍干燥以幫助再生。基于吸附的TCE量，將溶液的pH分別調(diào)節(jié)至3,7和9。吸附/再生循環(huán)重復(fù)3次。在反應(yīng)過程中分析TCE，HO和氯化物濃度。

　　二、鈣離子對(duì)活性炭吸附/再生過程的影響。

　　為了研究鈣離子對(duì)活性炭吸附過程的影響，在pH為7下進(jìn)行動(dòng)力學(xué)測(cè)試。吸附實(shí)驗(yàn)在2L TCE溶液(30mg L-1)和1g活性炭中進(jìn)行。將鈣離子濃度調(diào)節(jié)至0.01,0.05和0.1mol L-1。取5mL反應(yīng)溶液的等分試樣并在含有1mL抗壞血酸(0.1mol L-1)的10mL硼硅酸鹽小瓶中合并10,30,60,120,180,240,360,480,720。和1440分鐘。分析TCE濃度。

　　對(duì)于活性炭的再生過程，首先進(jìn)行吸附過程，同時(shí)將溶液pH固定在7，并選擇反應(yīng)時(shí)間12小時(shí)。吸附過程進(jìn)行3次以幫助活性炭飽和(未完全飽和)，然后將飽和的活性炭冷凍干燥以幫助再生。根據(jù)吸附的TCE量，將溶液中的鈣離子濃度調(diào)節(jié)至0.01,0.05和0.1 mol L-1，吸附/再生循環(huán)重復(fù)3次。在反應(yīng)過程中分析TCE，HO和氯化物濃度。

　　pH對(duì)活性炭吸附/再生過程的影響

　　pH的變化導(dǎo)致活性炭表面電荷的變化并影響吸附性能。如在呈現(xiàn)圖1，吸附/再生循環(huán)，不同的pH條件下進(jìn)行三次。圖1的左Y軸表示在吸附/再生循環(huán)期間吸附或氧化的TCE量，圖1的右Y軸表示吸附/再生循環(huán)期間TCE的再生效率。在再生期間TCE最終被氧化成氯化物(1mol TCE最終可以產(chǎn)生3mol氯化物)，這意味著氯化物可以代表TCE的氧化量。產(chǎn)生的氯化物除以3是氧化的TCE量。在第一次再生循環(huán)期間，在3,7和9的不同pH條件下，30.22%，29.29%和33.98%的TCE被礦化成氯化物(圖1)。然而，在第二次和第三次再生循環(huán)期間，當(dāng)pH為3時(shí)，活性炭的再生效率降低至26.75%和21.87%。由于pH值為7和9時(shí)TCE吸附減少(圖1)，當(dāng)pH為9時(shí)，活性炭的再生效率提高到42.52%和44.01%，降至17.04%，然后在pH值為7時(shí)提高到30.41%。

　　圖1、pH對(duì)活性炭吸附/再生過程的影響。

　　鈣離子對(duì)活性炭吸附/再生過程的影響

　　由于其在化合物形式中的溶解度相對(duì)較低，地下水中的鈣離子容易沉淀并絡(luò)合。人們普遍認(rèn)為pH和離子強(qiáng)度不會(huì)影響不帶電有機(jī)化合物在活性炭上的吸附。然而，鈣離子的存在影響溶液上活性炭的吸附能力和鐵的氧化能力。CaSO 4和CaCO 3容易在地下水中沉淀，顯然，可能會(huì)影響活性炭的吸附容量。

　　如圖2所示，進(jìn)行了兩次吸附/再生循環(huán)。在第一次吸附/再生循環(huán)期間，當(dāng)鈣離子存在時(shí)，TCE去除明顯減少。顯然，在第二次吸附/再生循環(huán)期間，即使進(jìn)行活性炭的再生，也難以在鈣離子條件下除去TCE。這表明鈣離子不僅在活性炭的吸附能力，而且在其再生過程中都起著重要作用。原因可能是由于鈣離子與其他離子的結(jié)合，導(dǎo)致其容易在活性炭表面上沉淀并影響其吸附能力，導(dǎo)致第二循環(huán)中TCE去除的減少。

　　圖2、不同鈣離子濃度下的TCE去除。

　　總的來說，即使在低濃度下，鈣離子的影響對(duì)活性炭吸附能力和再生方面很明顯。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，可以得出結(jié)論，活性炭滲透反應(yīng)墻是一種有價(jià)值的地下水處理方法。它需要改進(jìn)，因?yàn)橐恍┉h(huán)境因素對(duì)活性炭吸附效果產(chǎn)生影響，但它具有立即去除有機(jī)污染物的優(yōu)點(diǎn)，隨后是吸附/再生過程的可持續(xù)使用。

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