活性炭对水中微量有机污染物去除初步探讨.doc

活性炭对水中微量有机污染物去除初步探讨[摘要]从活性炭物理结构和表面化学官能团的描述入手,对活性炭的吸附机理作初步探讨。介绍了活性炭比表面积的测定;活性炭吸附能力的评价活性炭对挥发性酚、苯胺、三氯甲烷、四氯化碳的吸附实验方案;阐述了不同质量的活性炭对水中微量有机污染物去除能力的不同 [关键词]活性炭微量有机物染污物去除率 城市自来水厂由于客观条件限制,基本上仍沿用传统水处理工艺。在城市自来水使用常规水处理技术后的家庭饮用水中,难免存在某些有害、有毒的物质。据有关资料表明:微量有机污染物可检出数百种之多[1]。虽然单个有机污染物含量都很低微,一时并没有不良影响,但若长期在人体内积累,并产生协同效应,对人体产生潜在的危害 众所周知,有些微量有机污染物,或以氯为主的消毒副产物很可能是致癌、致畸和致突变的“三致”元凶。从XX年代起,在美国饮用水中,这些有机物有的已列入优先控制指标。我国于XX年颁发了《生活饮用水水质卫生规范》,对三卤甲烷等有机物卫生标准也作了明确规定。水中有机污染物除导致“三致”的物质外,国际前沿研究结果表明:某些有机污染物具有致内分泌紊乱及由此引发不孕症、甲状腺机能紊乱等作用。此类物质将直接关系到人类能否连续生存的问题[2] 活性炭对水中微量有机污染物的去除效果,已有不少试验报道,但从机理上探索的不多,本文作了综合比较,进行初步探讨 1活性炭的物理结构和表面化学官能团 活性炭是由类似石墨的碳微晶粒和无定形炭所构成的多相物系,具有独特的结构。通过活化效应使微孔扩大形成许多大小不同的孔隙。孔隙表面一部分被烧掉,结构出现不完整,加之灰分和其它杂原子的存在,活性炭的基本结构便产生缺陷和不饱和价,使氧和其它杂原子吸附于这些缺陷之上,从而使活性炭表现出各种各样的特性 一般人们把活性炭的孔隙分为微孔(50nm),其中微孔分为一级微孔(3d,随着D/d的不断增加。吸附质分子趋于单面受力状态,吸附力也随之下降 活性炭纤维(ACF)的孔径分布在0.5~4nm。它的孔径分布范围很窄,往往只有几个埃Aring;(Aring;=0.1nm)对被吸附有机物的大小有很高的选择性,因此也被称为碳分子筛。ACF的这种高选择性的在吸附一些小分子有机物方面具有优势 1.1.2活性炭的比表面积与孔径分布的测定 采用BET法测定活性炭的比表面积,所用仪器为美国QUANTACHROME公司QUANTOSORB比表面积分析仪。取活性炭约50mg,先在105℃下烘干,并在氮气保护下300℃进一步脱气2h后,于液氮浴中(77k)测定氮气的吸附等温线,最后采用BET分式计算活性炭的比表面积。假定氮气分压为总压的0～0.01、0.01～0.40和0.40～0.95分别对应活性炭的一级微孔、二级微孔和中孔,并假定氮气的摩尔体积为35cm3/mol,将氮气的吸附量转化为孔体积来确定活性炭的孔径分布 1.1.3不同活性炭滤芯在使用过程中的不同表现 不同厂家、不同活化工艺、不同颗粒(粒径)的活性炭,其比表面积与孔径分布相差甚远,因此,对水中微量有机污染物的去除能力也有很大的差别 实践表明:椰壳颗粒活性炭(8～20目)经过酸洗、碱洗、活化等一系列工艺处理,可以得到具有较强吸附能力的活性炭。经测定其比表面积可达1300～1600M2/g,孔径分布、二级微孔(0.8～2nm)可达60%以上,因此用该活性碳所生产的活性碳滤芯有较强的去除水中微量有机物的能力,吸附容量大,一支10英寸的滤芯处理市政自来水可达10～12吨,出水口感保持良好状态。目前市场上活性炭滤芯质量参差不齐,有的自来水处理量仅在1～2吨之间,口感就不好了,稍好些的也仅在4～5吨之间 1.2 表面化学官能团 活性炭的表面化学官能团对有机物分子的化学相互作用有可能相当明显,甚至超过物理相互作用。对活性炭产生重要影响的化学基团是含氧官能团和含氮官能团。活性炭表面可能存在的含氧官能团有:(a)羧基,(b)酸酐基,(c)内酯基,(d)乳醇基,(e)羟基,(f)羰基,(g)醌基,(h)醚基。一般来说,活性炭的含氧基团量越高,其酸性也就越强。具有酸性表面基团的活性炭,呈现阳离子交换特性;含氧基团量低的活性炭表面,表现出碱性特征以及呈阴离子交换特征。活性炭表面可能存在五种含氮官能团:(a)酰胺基,(b)酰亚胺基,(c)乳胺基,(d)吡咯基,(e)吡啶基,使活性炭表面表现出碱性特征以及呈阴离子交换特性 2活性炭对水中微量有机物吸附机理的探索 活性炭对水中微量有机污染物的吸附能力大小与活性炭本身的微孔结构和有机物的性质有关,二者之间的相互作用包括物理相互作用和化学相互作用。非极性分子中的电子和原子核都处在不断的运动之中。经常会发生正负电荷重心之间的瞬时相对位移