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活性炭吸附去除水中腐殖质的研究
文章编辑:亿万先生手机版官网网络部 更新时间:2020-4-9 15:02:42

  在自然水域,腐殖质通常存在作为水生植物和动物的天然有机成分。腐殖质是微生物和化学氧化产生的,是植物和动物细胞中的碳水化合物被分解成较小的单位。因此,腐殖质也可能是脂肪族和芳香族单元与官能团的混合物,这些官能团包括羧基,酯,醇,醚,酮,苯酚,胺,酰胺,吡啶和吡咯。在供水系统中,腐殖质的存在会降低了水处理的效率。本次研究了腐殖质在三种不同吸附剂上的吸附情况,并应用了吸附等温线。研究的三种吸附剂包括颗粒状活性炭,β形式的羟基氧化铁(β-FeOOH)和铁包被的活性氧化铝(AAFS)。并对吸附剂的理化特性进行了研究。

  吸附剂的表面积和孔径分析

  废水中不同类型的腐殖质会改变化学和物理特性,因此,它们与不同类型的吸附剂相反地相互作用。关于吸附剂的孔隙率,活性炭主要是微孔的,具有非常大的表面积。β-FeOOH的情况尚不清楚,因为不同的方法给出的结果不同。但是,铁化合物上有可能存在微孔。与活性炭相比,可用于AAFS和β-FeOOH的吸附面积小。但是,被吸附物的大小可能使其无法穿透微孔,因此限制了对活性炭的吸附,但是活性炭的孔隙率是可控的所以能解决这方面问题。

  傅立叶变换红外光谱

  FTIR是研究吸附剂表面的官能团与被吸附物之间相互作用的一项重要技术。图1显示了活性炭,AAFS和β-FeOOH的FTIR光谱。可以注意到,所有光谱活性炭,AAFS和β-FeOOH)均显示2350至2310 cm -1之间的谱带,这是由于大气中二氧化碳的吸附所致。对于活性炭,此频段为频段(b)。在3430 cm -1处的带(a)是由于OH拉伸引起的,并且发现醇基团的CO拉伸在1160和1000 cm -1之间(带(e))。带(c)中在1550厘米-1来源于双键C=C芳环和从C=O和COO拉伸-伸展。C–O拉伸的吸取和OH变形约为1450 cm -1(带(d))。由于分子内和分子间键合,空间效应和共轭程度等因素,很可能出现带移。这使得很难在频谱的那些区域内准确分配每个小频带,这就是为什么仅从区域吸取中识别出整体结构的原因。

  图1:活性炭,AAFS和B-FeOOH的FTIR光谱。

  扫描电子显微镜

  图2显示了吸附剂的SEM图像。活性炭晶粒的撕裂边缘也显示出内部“孔”。其内部结构可以被认为是碳板的石墨型分层。活化过程中产生的孔隙和大量碎屑导致了这种吸附剂的易碎性。AAFS晶粒显示出相同的倾斜形状,表面看起来光滑且具有均匀的涂层。在更大的范围内,仅可见很少的裂缝或孔洞,这表明表面积主要在外部。β-FeOOH的表面具有高脆性,因此表面光滑且带有大量碎屑。多孔结构与SEM照片非常吻合(图2),说明了活性炭的片状结构及其众多的空洞,而铁化合物则显得光滑,只有很少的裂纹。活化过程中产生的孔隙和大量碎屑导致了这种吸附剂的易碎性。考虑规模,中孔和大孔上看到照片(尺寸以上2.5 μ M)。β-FeOOH的表面易碎,因此表面光滑,带有大量碎屑。该刻度不允许人们区分赤霞石微晶(FeOOH的β形式)的特征杆雪茄形状。

  图2:活性炭,AAFS和β-FeOOH的SEM。

  平衡吸附等温线及吸附机理

  由于电荷效应使分子由于分子内的电荷排斥而膨胀,因此要考虑腐殖质的离子周围环境。另一方面,分子间的排斥力以及抗衡离子的拖动作用也会改变分子的运动。发现水生腐殖质在10,000 Da以上具有22.9%的分子量分布,在1000 Da以下具有46.3%的分子量分布。充气的地下水中DOC的很大一部分(61%)在4000至10,000 Da的分子量范围内,尽管这样做是有道理的,因为地下水比地表水含有更多的土壤类腐殖质。图3的在此路径上同时发生各种吸附机制,每种机制都具有特定的吸附阻力。该过程的整体动力学受到很大阻力的限制。因此,至关重要的是要知道哪种机理占主要地位,因为很慢的机理会强加吸附动力学。活性炭中的高孔隙率以及铁化合物上局部电荷的不均匀分布。另外,天然有机物的重量和有机功能的变化有望以不同的能量吸取。

  图3:吸附机理。

  结果表明,活性炭为去除低分子量腐殖质提供了很大的吸附能力,但对于分子量较大的物质则需要大孔活性炭来吸附。β-FeOOH对比活性炭和AFS略少。相反,AAFS和β-FeOOH不能很好的地吸附小分子腐殖质,只有大分子的腐殖质可以被他们吸附去除。

文章标签:椰壳活性炭,果壳活性炭,煤质活性炭,木质活性炭,蜂窝活性炭,净水活性炭.

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