改性活性炭对水中溴酸盐的去除效能及吸附还原机制研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:jjsubin
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随着原水水源微污染的加重,在局部沿海和某些高原地区原水中存在溴离子,导致在应用臭氧技术进行饮用水处理过程中产生消毒副产物溴酸盐。活性炭由于具有良好的吸附性能并且操作工艺简单被广泛应用于去除水中的溴酸盐。  本文采用四种活性炭(A、B、C、D)进行相关实验的研究。首先研究了活性炭表面物理化学性质对吸附溴酸盐的影响。包括比表面积、孔径分布、扫描电镜表面形貌观察以及表面官能团的影响。同时也研究了表面ZETA电位和零电荷点(pHpzc)的影响。结果表明,具有最大溴酸盐吸附能力的D炭具有最大的比表面积和最多的中孔容积。含有最多碱性官能团的D炭具有最大的溴酸盐吸附能力,而具有最小溴酸盐吸附能力的C炭含有最多的酸性官能团。活性炭表面ZETA电位值也会影响其对溴酸盐的吸附。具有正的ZETA电位和较高pHpzc值的活性炭具有较大的溴酸盐吸附能力。  用静态吸附实验研究了在不同条件下活性炭对溴酸盐吸附的影响因素。包括活性炭粒径、搅拌速度、pH值、初始溴酸盐浓度、吸附时间、温度、无机阴离子以及天然有机物对溴酸盐吸附的影响。活性炭对溴酸盐的吸附能力随着pH值的增高而降低。温度的升高有利于对溴酸盐的吸附,活性炭的溴酸盐吸附过程是自发吸热的化学吸附过程。天然水中无机阴离子以及有机物的存在,会竞争存在于活性炭表面的活性吸附位,从而会对溴酸盐的吸附产生抑制。小粒径的活性炭对溴酸盐的吸附速度较快,而搅拌速度的升高有利于活性炭表面的液膜传质,从而提高对溴酸盐的吸附速度。  溴酸盐在活性炭表面的吸附可以用粒子内扩散模型很好的进行描述。用粒子内扩散模型拟合结果表明,在较长的吸附时间内,溴酸盐在活性炭表面的吸附主要由溴酸盐扩散入微孔所控制。  不同改性处理过程改变了活性炭的物理结构和化学结构。硝酸氧化处理降低了活性炭的比表面积,增加了羧基官能团含量,降低了零电荷点;盐酸和氢氧化钠处理对活性炭比表面积改变很小,但前者降低了活性炭的零电荷点,后者恰恰相反;氨水改性处理则增加了活性炭的比表面积,并增加了活性炭表面的碱性官能团,增高了零电荷点。XPS分析表明硝酸改性增加了含氧和含氮官能团,氨水改性增加了含氮官能团。氨水改性增加了活性炭表面吡咯氮基团的含量,盐酸和氢氧化钠处理均增加了含氧官能团。原炭和改性炭的吸附性能对比结果表明,几种炭对溴酸盐的吸附能力顺序为硝酸改性炭<盐酸改性炭
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