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

　　水凈化和水溶液如何將引入的化合物還原到水凈化系統(tǒng)中是一個(gè)難題。除了使用活性炭吸附外，一些物理方法也可以進(jìn)行嘗試，因?yàn)橥ㄟ^(紫外線)輻射或磁場(chǎng)(超聲波或電磁)對(duì)水進(jìn)行處理，可能會(huì)影響結(jié)構(gòu)的變化。受磁場(chǎng)影響的水中粘度，表面張力和蒸發(fā)焓增加。這些物理參數(shù)的增加導(dǎo)致分子相互作用，從而改變水的化學(xué)性質(zhì)。本期測(cè)試弱磁場(chǎng)對(duì)活性炭和其他吸附材料過濾過程中鐵錳化合物去除的影響。

　　磁化水和過濾材料的實(shí)驗(yàn)

　　該實(shí)驗(yàn)在實(shí)驗(yàn)室規(guī)模上進(jìn)行，其中研究由八個(gè)分離漏斗組成。將各個(gè)分離漏斗成對(duì)分組并填充相同量的活性炭和其它吸附劑的過濾床。在每對(duì)分離漏斗中，一個(gè)用于對(duì)照樣品(不含磁性)，而另一個(gè)用于磁化樣品。對(duì)照和磁化樣品分離漏斗中各個(gè)過濾材料的重量一樣。將鐵錳化合物加入到蒸餾水濃縮制備實(shí)驗(yàn)用的水溶液。對(duì)于磁化過程，使用永磁鐵氧體磁鐵進(jìn)行磁化。然后通過填充有活性炭和其它吸附劑的沉積物過濾溶液。未校正樣品的pH。pH的差異與添加單獨(dú)的金屬標(biāo)準(zhǔn)溶液有關(guān)。圖1顯示了制備用于過濾和過濾過程的模型水樣品的過程。

　　圖1：控制和磁化樣品制備過程圖。

　　磁場(chǎng)對(duì)活性炭去除鐵錳化合物的影響

　　從水中除去鐵和錳可以通過許多常規(guī)方法進(jìn)行。通常，除鐵的本質(zhì)是Fe(II)離子氧化成Fe(III)并通過沉降和過濾從處理過的水中除去沉淀的Fe(OH)3沉積物。然而，脫錳包括將Mn(II)離子氧化成Mn(IV)和以MnO 2沉積物形式沉淀。用于從水中除去這些金屬的方法由它們?cè)谔幚磉^的水中發(fā)生的形式?jīng)Q定。我們?cè)谒�過濾和從水中去除鐵和錳的實(shí)驗(yàn)方面有經(jīng)驗(yàn)，并且已經(jīng)開展了一種新工藝的研究，該工藝可以通過傳統(tǒng)方法提高鐵和錳的去除效率。因此，進(jìn)行測(cè)試以確定磁場(chǎng)對(duì)活性炭的過濾過程的影響。水磁化實(shí)驗(yàn)的目標(biāo)不是鐵還是錳氧化，影響的是水分子的排序。首先測(cè)試活性炭和其他吸附劑單獨(dú)對(duì)樣品水的過濾情況，發(fā)現(xiàn)僅在通過活性炭過濾的樣品的情況下，樣品中的鐵濃度至磁化低于對(duì)照樣品。在該床中除鐵的計(jì)算效率在對(duì)照樣品中約為83%，在磁化樣品中為93%(圖2)。在活性炭過濾過程中，鐵去除效率的差異計(jì)算為約3%，有利于用磁化處理的樣品。

　　圖2：活性炭除鐵效率對(duì)原水中初始濃度的關(guān)系。

　　使用兩種不同原料的活性炭作為吸附劑：由煙煤制成的活性炭和來自獸骨的活性炭。這些材料的磁特性表明，來自煙煤的活性炭是鐵磁性材料，而骨碳是順磁性材料。在兩種吸附劑的情況下，沒有進(jìn)行任何額外的改進(jìn)來改變或改善它們的磁性。獲得的吸附結(jié)果取決于活性炭和吸附物的磁性。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，由于其鐵磁性，活性炭在外部磁場(chǎng)的作用下效果更好。有增加的吸附能力金屬去除效率的差異是由于水磁化的時(shí)間。

　　在最后一系列試驗(yàn)中，作為所進(jìn)行的工作的一部分，使用錳模型溶液進(jìn)行試驗(yàn)。在計(jì)算的基礎(chǔ)上，發(fā)現(xiàn)在通過活性炭的過濾過程中用磁場(chǎng)處理的樣品中錳的去除效率更高。各濾床上錳和對(duì)照水之間的錳去除效率差異(圖3)。另一方面，磁場(chǎng)的使用增加了水的飽和度，其中氧氣是Mn(II)氧化反應(yīng)為Mn(IV)所必需的。其他吸附材料具有化學(xué)惰性，因此通過使用磁場(chǎng)對(duì)水的物理和化學(xué)性質(zhì)的影響不會(huì)提高鐵和錳離子的效率。

　　圖3：活性炭除錳效率對(duì)原水中初始濃度的關(guān)系。

　　目前對(duì)水及其溶解組分的多種不同類型的磁場(chǎng)效應(yīng)。最常提到的包括：對(duì)碳酸鈣晶體沉淀的影響，包括它們的類型和沉淀位置對(duì)硫酸鈣沉淀的影響，pH隨時(shí)間的變化，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)保存上述性能又稱磁記憶，減少水的表面張力，改變鋼的腐蝕速率等。沒有關(guān)于磁場(chǎng)對(duì)從水中去除鐵和錳的影響的實(shí)驗(yàn)，因此我們測(cè)試了磁場(chǎng)對(duì)在各種填充物和活性炭過濾過程中從水中去除這些元素的影響的影響。基于對(duì)支持該過程的磁場(chǎng)的應(yīng)用進(jìn)行的研究，發(fā)現(xiàn)磁場(chǎng)對(duì)提高過濾過程的效率具有影響。在得到的結(jié)果證實(shí)了磁場(chǎng)可以影響活性炭和其他材料過濾水。

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