孫治榮,范延臻,李軍,王寶貞(哈爾濱建筑大學(xué)市政環(huán)境工程學(xué)院,哈爾濱　150090)

摘要:采用4種活性炭纖維(ACF)作為吸附劑,對(duì)水中CHCl3、CCl4、高錳酸鉀指數(shù)CODMn、紫外吸光值EUV254等有機(jī)微污染物的 去除進(jìn)行了初步研究,并與ZJ-15型顆粒活性炭(GAC)進(jìn)行了對(duì)比.吸附等溫線的結(jié)果表明,ACF3對(duì)CHCl3的去除效果最好 ,當(dāng)CHCl3的平衡濃度為60μg·L-1時(shí),ACF3對(duì)CHCl3的吸附容量為212μg·g-1;GAC對(duì)CCl4的去除效果最好,當(dāng)CCl4的 平衡濃度為3μg·L-1時(shí),GAC對(duì)CCl4的吸附容量為0.83μg·g-1;GAC及ACF1對(duì)CODMn、EUV254有較好的去除效果,當(dāng)C ODMn的平衡濃度為2.5mg·L-1時(shí),GAC及ACF1對(duì)CODMn的吸附容量分別為2.16mg·g-1和1.98mg·g-1,當(dāng)EUV254的平 衡濃度為0.05時(shí),GAC及ACF1對(duì)EUV254的吸附容量分別為0.32g-1和0.15g-1.
關(guān) 鍵詞:活性炭纖維;顆粒活性炭;飲用水;吸附等溫線.
中圖分類號(hào):X505　　文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A　文章編號(hào):0250-3301(2000)05-0101-03
TheRemovalofMicropollutantsinWaterbyActivatedCarbonFiberS unZhirong,FanYanzhen,LiJun,WangBaozhen(SchoolofMunicipal&EnvironmentalEngineering,H arbinUniversityofArchitecture&Engineering,Harbin150090,China)
A bstract:TheremovalofmicropollutantsinwatersuchasCHCl3,CCl4,CODMnandEUV254byfourtypeofactivat-e dcarbonfiber(ACF)wasstudiedinthepaperandalsocomparedwithZJ-15typeGAC.Absorptionisothermre-s ultsshowthatgoodremovalefficiencyofCHCl3canbeobtainedbyACF3anditsabsorptioncapacityis212μg·g -1whentheequilibriumconcentrationofCHCl3is60μg·L-1.GoodremovalefficiencyofCCl4canbeobtainedb yGACanditsabsorptioncapacityis0.83μg·g-1whentheequilibriumconcentrationofCCl4is3μg·L-1.G oodremovalefficiencyofCODMnandEUV254canbeobtainedbyGACandACF1.TheabsorptioncapacityofG ACandACF1forCODMnis2.16mg·g-1and1.98mg·g-1respectivelywhentheequilibriumconcentrationofC ODMnis2.5mg·L-1andforEUV254is0.32g-1and0.15g-1respectivelywhentheequilibriumconcentrationofE UV254is0.05K
eywords:activatedcarbonfiber;granularactivatedcarbon;drinkingwater;absorptionisotherm
活性炭纖維(activatedcarbonfiber,ACF)是一種新型、高效吸附材料,為有機(jī)炭纖維經(jīng)活化處理后制成.它具有發(fā)達(dá)的微孔結(jié)構(gòu),巨大的比表面積,眾多的官能團(tuán),其微孔直徑主要介于10～25 之間,使其有效吸附表面積和微孔容積均大大超出顆?；钚蕴?gran-ularactivatedcarbon,GAC),吸附容量大增.吸附質(zhì)可直接在暴露于纖維表面的微孔上進(jìn)行吸附和脫附,因此吸附速率較GAC快得多,且再生時(shí)也易脫附.同樣的原因,對(duì)于低濃度以至痕量吸附質(zhì)的吸附效果較GAC更好.因此,在處理低濃度污染物質(zhì)時(shí),ACF能發(fā)揮更大的作用.隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,以有機(jī)污染為代表的水源水污染日趨嚴(yán)重.傳統(tǒng)的水處理工藝去除溶解性有機(jī)物的效率極低;另一方面,加氯消毒雖然殺滅了水中的細(xì)菌,但氯與水中的有機(jī)物結(jié)合會(huì)產(chǎn)生大量的有機(jī)氯化物,不僅原水中的有機(jī)致突變物不能去除,反而成倍增加.本文以4種ACF作為吸附劑,對(duì)水作者簡介:孫治榮(1969～),女,博士后,副教授,主要從事水中CHCl3、CCl4、CODMn和EUV254等有機(jī)微污染物指標(biāo) 的去除進(jìn)行了研究
1　實(shí)驗(yàn)
1.1　實(shí)驗(yàn)材料及儀器設(shè)備
吸附劑材料　選用4種活性炭纖維材料ACF1(鞍山產(chǎn)粘膠基)、ACF2(沈陽產(chǎn)粘膠基)、ACF3(太原產(chǎn)粘膠基)、ACF4(沈陽產(chǎn)丙烯腈基)及一種顆?；钚蕴?ZJ-15型GAC).
吸附劑材料在實(shí)驗(yàn)前需預(yù)處理　將吸附劑材料在蒸餾水中煮沸2h,然后用大量蒸餾水沖洗,以除去其中的水溶性和揮發(fā)性雜質(zhì),再在120℃下烘干24h,取出研碎,再烘干24h,裝入干燥器中待用.
試劑　三氯甲烷,四氯化炭,高錳酸鉀,草酸(均為分析純試劑).
儀器　SQ-203微計(jì)算機(jī)化氣相色譜儀;752紫外光柵分光光度計(jì);HJ-4型多頭磁力攪拌器;TDW系列2002型控溫儀;電熱恒溫水浴鍋.
1.2　實(shí)驗(yàn)裝置

1.3　實(shí)驗(yàn)方法
(1)去除CHCl3、CCl4　配制一定量的含CHCl3200μg/L左右、CCl420μg/L的溶液作為原水.稱取10mg吸附劑,放入細(xì)口瓶中,加入50ml原水,蓋上內(nèi)襯鋁箔的醫(yī)用膠塞,將細(xì)口瓶放入35℃的恒溫水浴中,并用磁力攪拌器攪拌,每隔一定時(shí)間,取樣測其濃度,一直至吸附達(dá)到平衡,測其吸附平衡時(shí)間.
稱取某種ACF或GAC10mg、20mg、30mg、40mg、50mg、60mg、70mg,依次放入細(xì)口瓶中,加入原水50ml,蓋上襯有鋁箔的醫(yī)用膠塞,放入35℃的恒溫水浴中,并用磁力攪拌器攪拌,為使吸附達(dá)平衡,每個(gè)樣品均在2h后取樣測試,以獲得其吸附等溫線.
(2)去除CODMn、EUV254　以自來水為原水,準(zhǔn)確稱取某種炭5mg、10mg、20mg、30mg、30mg、50mg、依次放入細(xì)口瓶中,加入100ml原水,放入20℃恒溫水浴中,并用磁力攪拌器攪拌.為使吸附達(dá)平衡,每個(gè)樣品均在2h后取樣測試,以獲得吸附等溫線.
1.4　分析方法
CHCl3、CCl4采用GB5749-85中的頂空氣相色譜法測定;
CODMn采用國家環(huán)保局編《水和廢水分析監(jiān)測方法》(第三版,1997)的分析方法
2　結(jié)果與討論
2.1　對(duì)CHCl3的吸附
5種吸附劑對(duì)CHCl3的吸附見圖2,各自對(duì)CHCl3吸附的平衡時(shí)間分別為ACF150min、ACF220min、ACF320min、ACF430min、GAC110min,說明4種ACF對(duì)CHCl3的吸附速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于GAC.
Freundlich(q=kc)對(duì)CHCl3吸附等溫線實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的擬合結(jié)果見表1.

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,當(dāng)平衡濃度為60μg·L-1(lgc=1.7781)時(shí),5種吸附劑對(duì)CHCl3的去除效果順序?yàn)锳CF3>ACF2>GAC>ACF1>ACF4,此時(shí)ACF3對(duì)CHCl3的吸附容量為212μg·g.ACF4適用于對(duì)平 衡濃度要求高的水中CHCl3的去除.

2.2　對(duì)CCl4的吸附
4種吸附劑對(duì)CCl4的吸附見圖3,各自對(duì)CCl4吸附的平衡時(shí)間分別為ACF150min、ACF240min、ACF320min、GAC110min,說明ACF對(duì)CCl4的吸附速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于GAC.
在進(jìn)行ACF4的實(shí)驗(yàn)中,出水中的CCl4濃度高出原水,說明這種炭纖維中有CCl4溶出,因此未測得其數(shù)據(jù),也說明ACF4不適宜用作水處理用的吸附劑.
實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,當(dāng)平衡濃度為3μg·L-1(lgc=0.4771)時(shí),4種吸附劑對(duì)CCl4的去除效果順序?yàn)镚AC>ACF1>ACF3>ACF2,此時(shí)GAC對(duì)CCl4的吸附容量為0.83μg·g-1.ACF2、ACF3適用于對(duì)平衡濃度要求高的水中CCl4的去除.

Freundlich(q=kc)對(duì)CCl4吸附等溫線實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的擬合結(jié)果見表2.

2.3　對(duì)COD的去除
5種吸附劑對(duì)CODMn的去除見圖4.

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,當(dāng)平衡濃度為2.5mg·L-1(lgc=0.3979)時(shí),5種吸附劑對(duì)CODMn的去除效果順序?yàn)镚AC>ACF1>ACF4>ACF2>ACF3,此時(shí)GAC及ACF1對(duì)CODMn的吸附容量分別為2.16mg·g和1.98mg·g.ACF3及ACF4適用于對(duì)平衡濃度要求高的水中CODMn的去除.Freundlich(q=kc)對(duì)CODMn吸附等溫線實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的擬合結(jié)果見表3.

2.4　對(duì)E的去除
5種吸附劑對(duì)EUV254的去除見圖5.
Freundlich(q=kc)對(duì)EUV254吸附等溫線實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的擬合結(jié)果見表4.
實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,當(dāng)平衡濃度為0.05(lgc=-1.3010)時(shí),5種吸附劑對(duì)EUV254的去除效果順序?yàn)镚AC>ACF1>ACF4>ACF3>ACF2,此時(shí)GAC及ACF1對(duì)EUV254的吸附容量分別為0.32g及0.15g.


通過對(duì)4種ACF及ZJ-15型GAC的研究,發(fā)現(xiàn)ACF對(duì)水中微污染物的去除與理論分析有異,這可能有2點(diǎn)原因:1某種活性炭纖維可能只對(duì)某一污染物有特殊的吸附性能;2由于條件所限,本試驗(yàn)選用的活性炭纖維類型較少,應(yīng)選用更多的類型進(jìn)一步研究.
3　結(jié)論
ACF1及GAC對(duì)CODMn、EUV254、CCl4有較好的去除效果,而ACF3對(duì)CHCl3的去除效果最好.因而在飲用水的深度處理中,可在顆粒活性炭柱之后再加一個(gè)填裝有ACF3的纖維柱,這樣既可保證對(duì)CODMn1/nE等有較好的去除效果,又可保證對(duì)CHCl有較好的去除效果.
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基金項(xiàng)目:黑龍江省自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目
作者簡介:孫治榮(1969～),女,博士后,副教授,主要從事水污染控制、少污染工藝及廢物資源化的理論與應(yīng)用研究.
收稿日期:1999-12-30*現(xiàn)在北京工業(yè)大學(xué)環(huán)境與能源工程學(xué)院工作(100022)