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金属盐改性活性炭吸附去除水中苯酚实验研究
作者:管理员    发布于:2018-07-10 09:04:45    文字:【】【】【

  基金项目:河南理工大学青年基金重点资助项目(Q2008-31)。

  装柱。为模拟实际生产的活性炭装柱和活化过程,预先关闭出口,滤柱内充满蒸馏水,将预处理好的活性炭倒入滤柱,使其在水中自由沉降。当达到装填高度后,将柱内水分放出,沥干。

  表1活性炭活化剂类型Tab.序号代号活化剂类型说明对照预处理AC 1mol/L盐酸溶液酸浸渍1mol/L氯化铝溶液铝盐浸渍1mol/L氯化锌溶液锌盐浸渍0.5mol/L硫酸铜溶液铜盐浸渍0.1mol/L高锰酸钾溶液氧化剂浸渍1.3苯酣处理液的制备(1)苯酣水溶液的摩尔吸光特征。对苯酣溶液进行光度测量,得到其吸光度值为269.(2)苯酚处理液的制备。用苯酚储备液配置100~104mg/L的处理液;随液固比值的增加,缓慢增大苯酚原液浓度。制备前期,苯酚原液浓度设计较低,为3. 6~500mg/L,以便考察出水苯酚浓度的累积效应;制备后期,苯酚浓度逐渐增大,为500~7700mg/L,以考察活性炭滤柱的穿透能力。

  1.4过滤工艺参数的选择实际生产中,活性炭滤床的过滤速度选择5 ~20m/h.本次实验设计处理的苯酚原液浓度范围较大,为达到理想的处理效果,选择最小的滤速(5m/h);水流方向选择自上而下过滤。

  活性炭滤柱充填高度为20cm,堆积体积为33mL,填充质量为11. 0g,设置每过滤33mL取样1次,测量吸光度A269.5(即液固比每增加1个单位,测量1次过滤液)。在不同浓度的原液下,依次考察了26个单位液固比的活性炭过滤吸附苯酚性能。

  2结果与讨论2.1不同改性活性炭滤柱的苯酣滤液浓度将3.60~7743.86mg/L的苯酚原液通过不同改性活性炭滤柱(过滤液苯酚浓度见)。在前14个液固比(即液固比小于12)中,即在低质量浓度苯酚原液(500mg/L)条件下,所有活性炭滤柱出水苯酚质量浓度均低于5.08mg/L.在前3个液固比中,苯酚原液质量浓度还不稳定,各滤柱出水苯酚质量浓度变化较大,去除率呈上升趋势;当苯酚原液质量浓度稳定时,去除率变化较小。其中,铝盐、盐酸和锌盐浸渍活性炭的苯酚出水质量浓度较低(均小于1. 16mg/L),具有较强的吸附净化能力(苯酚去除率在原液质量浓度稳定时可达99. 33%以上);铜盐和高锰酸钾浸渍过的苯酚出水浓度则偏高(0. 90mg/L以上),过滤吸附能力相对较弱(原液质量浓度稳定时苯酚去除率为96.后期逐渐提高苯酚原水浓度,其目的在于考察滤柱的穿透性能。从试验结果来看,对于500~1100mg/L中浓度苯酚原水通过各滤柱,出水苯酚浓度均低于5.85mg/L,而铝盐活性炭滤柱出水苯酚浓度相对最低。当出现7高浓度苯酚溶液脉冲(即液固比为22.5)时,各滤柱出水的浓度迅速上升(盐酸和铝盐浸渍活性炭出水苯酚浓度由低于0.10mg/L上升为3mg/L左右,而高锰酸盐浸渍活性炭出水苯酚浓度迅速74mg/L,各滤柱均表现出不同的穿透能力)。在高浓度脉冲过后,各滤柱又恢复了较佳的吸附过滤性能(苯酚去除率达到26个单位的液固比,得到了各改性活性炭滤柱对苯酚的平均去除率(表2)。从表2来看,虽然锌盐活性炭滤柱液固比对苯酚的平均去除率最高,但从各单位的液固比来看,在中低质量浓度的苯酚原水下,铝盐改性和盐酸活化活性炭滤柱的出水苯酚质量浓度均低于1mg/L,苯酚去除率达99%以上。总体上,前者对苯酚的去除效果最好,稍强于盐酸浸渍活性炭滤柱。因此,从整体上看,各种改性活性炭过滤去除苯酚的性能强弱顺序由高到低为:Al3+ +.另外,从整个趋势上来看,在较低浓度的苯酣原水下(即液固比小于3的前4个单应比较明显;在较高浓度苯酣原水中,并无这种累位上),各改性活性炭滤柱对苯酣的吸附累积效积效应。

  表2改性活性炭滤柱对苯酚的去除率结合26个单位的液固比各种改性活性炭滤柱Zn2+/ACAl3+苯酚在改性活性炭滤柱中的吸附穿透能力不仅与原液苯酚质量浓度有关,还与时间存在一定关系(穿透曲线见)。从可以看出,10min之前,苯酚在各滤柱中的吸附穿透力差别较大,其中铝盐、锌盐和盐酸炭滤柱稳定性相对较好;10~60min之间时,穿透力差别较小,其中铜盐和锰盐滤柱稳定性相对较差,其他各滤柱比较稳定,表现较好;60min之后,各滤柱吸附容量达到饱和,穿透力表现很稳定。总之,从整个过程来看,铝盐、锌盐和盐酸炭滤柱较稳定,穿透力较强;因此,在水处理过程中,选择这类盐作为活化剂是比较可取的。

  苯酚在改性活性炭滤柱中的穿透能力比较从净水制备的角度来看,商品活性炭装柱后不经酸活化,对水中有机污染物苯酣的吸附去除能力将下降,但铜盐和高锰酸钾浸渍与商品活性炭性质接近,因而不可取。对于锌盐浸渍活性炭,虽然能获得较好的苯酣去除率,但整体上不及铝盐和盐酸浸渍滤柱出水苯酣质量浓度低。另外,锌本身为重金属,虽未考察出水锌的残留质量浓度,但在净水处理工艺中般不宜选择。从试验结果来看,整体上铝盐改性和盐酸活化活性炭对苯酣水的过滤效果较好,而且前者对苯酣的专性吸附效果更优于后者;因此,这两种改性活性炭在苯酣水处理中都是可取的,尤其是前者。再者,铝盐比盐酸更可取,因为它有许多生产上的优势,如便于运输、工艺简单等,并且铝盐活化后可用于原水一级工艺的混凝工艺等。

  2.2过滤吸附机理探讨氯化铝溶解于水,其本身显示强酸性(pH< 1.0)是由于铝离子具有强烈的水解能力,形成羟基铝,从而促进水的解离反应进行,产生氢离子。

  因而,氯化铝溶液本身能对活性炭起到酸活化作用不足为奇。酸活化后,活性炭表面电位降低,亲水性减弱,便于苯酣类有机分子进入活性炭微孔并发生吸附作用,因而酸活化后活性炭对苯酣的吸附去除能力大大增强。另外,从分子量大小来讲,铝离子及其一级水解产物的分子之间约在10nm当量范围附近,可进入活性炭较小的微孔内部,并发生滞留。当水中具有一定极性的有机分子进入活性炭微孔,则被铝离子所占据的活性点位所吸附发生键合反应;由于可能发生化学反应,有机分子的吸附活化能可能迅速降低,从而加速有机物的吸附去除速率和能力。铝负载活性炭后对极性有机物的饱和吸附容量有所降低,即降低了其吸附寿命。然而,这些负载到活性炭表面的金属离子有可能成为水中低质量浓度有机物分子吸附的活性点位,从而降低吸附活化能,提高吸附反应速率和吸附去除效果。

  硬,软硬搭配不稳定“的基本原则及其碱硬软分类5(由于苯酚属于硬碱,即苯酚中氧电负性为3.8,而活性炭表面负载了属于硬酸的Al3+,H+,Zn2+后),增强了活性炭表面局部的硬酸度,使得这些金属离子对苯酚在活性炭表面的脱附活化能大于其在原始活性炭(即CK)表面的脱附活化能,从而使活性炭表面对苯酚的吸附更牢。另外,属于交界酸的Cu2+负载在活性炭表面,将减弱活性炭表面的局部硬酸性,从而减弱活性炭对苯酚的吸附作用力,表现为苯酚从这些活性炭表面上的脱附活化能低于原始活性炭表面的脱附活化能M.对于高锰酸钾改性后的活性炭滤柱而言,因为高锰酸钾属于强氧化剂,活性炭经氧化改性处理后,使其微孔结构遭到破坏,过渡孔系增多,吸附性能明显降低M.另外,表面含氧酸性基团大量增加,表面亲水性增强,不利于对以疏水性为主的苯酚的吸附。因此,这种改性活性炭在活性炭过滤吸附工艺中不宜使用。

  总之,对这几种改性活性炭而言,虽然铝盐改性活性炭对苯酚的吸附容量有所降低,但从处理效果和生产工艺等整个环节来看,铝盐活性炭是净水处理工艺中一种较优的活性炭吸附剂,尤其是在活化改性活性炭过滤净化小分子量有机物方面具有更为广阔前景。

  3结论不同改性活性炭过滤吸附去除苯酚的性能强弱顺序为:Al3+活性炭滤柱对苯酚原水具有较强的耐冲击性能。对于中低浓度的苯酚原水来说,铝盐改性活性炭滤柱对其处理净化能力达99%以上,出水浓度低于1mg/L,盐酸活化炭滤柱的处理效果稍弱于铝盐炭滤柱。整体而言,铝盐改性活性炭滤柱的净化能力强于盐酸活化炭滤柱,其稳定性也较好,选择性较强。综合苯酚出水浓度和生产成本等因素,认为铝盐是作为种优良的活性炭活化剂,其改性活性炭易于再生并能循环使用,在净水深度处理中具有广阔的应用前景。

脚注信息
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