活性炭國家專精特新“小巨人”企業(yè)活性炭產(chǎn)學研合作

　　對于控制城市雨水需要考慮由地下雨水收集管道收集的水量和水質。本文重點介紹活性炭對滲透系統(tǒng)中雨水處理過程的影響。選擇活性炭對無機物污染物的選擇性除去，再對比其他處理材料例如沸石，石灰石砂，硅藻土和埃洛石來進行研究。在不同環(huán)境換溫度下批次測試活性炭的吸附容量。

　　城市雨水中含有大量的污染物，包括懸浮液，油衍生的物質，重金屬，溶解的鹽，多環(huán)芳香族烴，酚類等等。在許多地區(qū)，城市雨水被視為土壤水環(huán)境中的污染物之一。所以收集的雨水需要經(jīng)過處理后使用或者排放到水循環(huán)系統(tǒng)中，這里研究的主要目的是確定活性炭在五種不同反應中的吸附的定性和定量影響�；钚蕴吭诘蜐舛群蜐M濃度下測定雨水中污染物的去除率。

　　使用的處理材料

　　在分析中使用活性炭和未經(jīng)修飾的礦物材料，例如沸石，石灰石砂，硅藻土和埃洛石(圖1)。礦物材料是不經(jīng)受預處理，以確保使用最經(jīng)濟上有利的材料。本期使用的活性炭是一種微孔材料，由微孔表面和體積值和相對較低的中孔表面值證明該材料的表面。硅藻土，沸石和埃洛石是中孔材料，因此其特征在于具有中間孔的平均比表面積，所述中孔具有不規(guī)則尺寸和形狀的窄裂縫形狀。在埃洛石中觀察到這些礦物中介孔的大比表面積和體積，而硅藻土的孔隙比較少，石灰石砂可歸類為無孔材料。

　　圖1：研究中使用的反應性材料。

　　掃描電子顯微鏡(SEM)圖像和反應材料的化學微范圍分析(EDS)如圖2所示。值得注意的是，活性炭樣品具有大膨脹的多孔表面，內(nèi)部孔隙的尺寸達到十幾微米到幾百微米。石灰石砂的SEM分析證實了這種材料的碳酸鹽特征，而鈣和氧的微區(qū)化學分析指向方解石(CaCO 3))。SEM-EDS分析表明硅藻土樣品中存在來自二氧化硅基團的礦物，并允許將該材料的巖相分類為硅藻土。SEM微圖像證實了中等發(fā)展的沸石和埃洛石的表面，并且在后一種材料的情況下，存在特征性的納米管，然而，在該放大率下不是非常明顯。此外，EDS光譜指出沸石樣品中存在：硅(Si)，氧(O)，鋁(Al)，鉀(K)，鈣(Ca)和鐵(Fe)，以及：鐵(Fe) ，埃洛石樣品中的鋁(Al)，硅(Si)，鎂(Mg)，磷(P)，鈣(Ca)和鈦(Ti)。

　　圖2.：活性炭和其他材料的SEM圖像和EDS分析。

　　外部環(huán)境對去除效果的影響

　　活性炭在去除污染物方面pH值發(fā)揮著重要作用，特別是重金屬污染，還有銨離子。在水pH超過7的情況下，除了銨離子之外，水中還含有氣態(tài)氨，并且在pH=11.1時，游離氨達到99%。在具有較大pH值的溶液中，重金屬以氫氧化物形式沉淀。反過來，在pH<7的Pb，pH<7.5的Cu，pH<8.7的Zn和pH<9.8的Ni，在雨水無機物處理中的主要金屬形式是它們的離子形式，可以通過活性炭吸附過程除去。因此，可以假設在含有Zn和Cu的水與活性炭和石灰石砂的情況下，由于它們的高pH值，沉淀將在去除這些污染物中起重要作用。

　　初始濃度低時溫度對活性炭吸附的影響

　　在經(jīng)驗擬合的情況下，活性炭在3°C至30°C溫度范圍內(nèi)對銨離子和磷酸鹽的平衡吸附容量的變化如圖3所示。對于雨水中的生物成分，未在40℃下進行測試的結果，因為三次重復的測量平衡濃度的差異超過10%。在10mg/L NH 4 -N和PO 4 -P的污染物的初始濃度下，沒有觀察到溫度對生物組分去除強度的顯著影響。分析活性炭相對于銨離子的吸附能力隨著溫度從3°C變化到22°C而增加。然而，活性炭在3℃和22℃下除去的銨離子總量之間的差異不大，而NH 4則減少在剩余活性炭的情況下觀察到-N的去除。

　　圖3：溫度對活性炭去除無機污染效率的影響。

　　銨和磷酸根離子的平衡試驗僅在3℃至22℃的溫度范圍內(nèi)進行，因此，吸附容量和溫度的關系沒有用多項式函數(shù)描述。類似地，如在系列I的分析中，活性炭對除去銨離子效果比較好，在磷酸鹽的情況下，具有高去除能力的材料是活性炭。

　　本研究強調了溫度對活性炭和低成本礦物吸附劑上雨水的典型選擇性無機污染物的去除效率的影響。調查顯示，環(huán)境溫度決定了地下土壤層的狀況，因此，在地下滲透處理區(qū)，可能會影響城市地區(qū)雨水輸送的污染物的清除。隨著溫度的降低，活性炭的吸附效率變?nèi)�。然而，活性炭表面上的活性位置以及有機物質和懸浮液的其他溶解組分的存在可能影響材料的實際吸附能力。

　　上面進行的研究表明，Cu和PO 4 -P去除效率較高的材料是活性炭。其余材料在于中等效率的重金屬去除和從單組分溶液中除去生物基的效率較低�；�于大吸附容量的值，在活性炭上去除Cu和在石灰石砂上去除Zn的情況下，處理過程受到溫度下降的限制。在活性炭去除過程本質上是有利的，對于較高濃度的重金屬接近不可逆，對較低濃度的磷酸不太有利。

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