活性炭國家專精特新“小巨人”企業(yè)活性炭產(chǎn)學研合作

　　乙醛(C8 H16 O4)，是一種高極性有機化合物和醛的環(huán)狀四聚體(CH3 CHO)，是80%的驅蟲劑中的活性成分，已廣泛用于農(nóng)業(yè)和園藝。在20℃下，聚乙醛在水中的溶解度為0.188g L-1。它在水體中的頻繁釋放和持久性已經(jīng)污染了地表水資源，殘留在飲用水中。因此，去除水中的四聚乙醛，具有十分重要的意義。

　　活性炭吸附和氧化過程(AOPs)是去除水中農(nóng)藥的常用的處理方法。活性炭是一種普遍使用的吸附劑，用于處理水中的污染物，價格實惠，效果好。例如，活性炭在過濾水和空氣中的污染物十分有效。然而，它在去除水處理廠中聚乙醛由于聚乙醛的生理化學性質效果普通，例如其低辛醇/水分配系數(shù)。氧化是一種趨勢處理方法，通常涉及紫外線輻射和催化劑，以將有機污染物分解成良性物質，如水和二氧化碳。

　　現(xiàn)在我們使用的水處理粉末活性炭，與納米顆粒的光催化相比，它具有去除水中的聚乙醛的能力。由于使用活性炭作為吸附劑的有效結果，值得進一步研究乙醛在活性炭上的吸附機理。關于水中的聚乙醛等污染物的吸附過程，有必要考慮背景有機物質。污染物和溶解有機物(DOM)之間的相互作用對環(huán)境和水處理過程中污染物的具有重要意義。例如，NOM分子會阻塞催化劑的活性位點并隨后抑制聚乙醛的降解過程，涉及新型吸附劑的電化學過程對乙醛的去除效率降低。因此，有機物背景濃度可以影響活性炭吸附聚乙醛。

　　圖1：活性炭在不同放大倍數(shù)上的SEM圖像。

　　本期研究了在水溶液中存在和不存在有機物質的情況下將乙醛吸附到活性炭上，對照研究包括僅將有機物質吸附到活性炭上。我們選擇腐殖酸(HA)來代表本研究中的有機物，因為它不僅是有機物的重要組分，而且是地表水中常見的污染物。因此，研究甲醛和HA在活性炭上的單一和二元吸附系統(tǒng)，這有助于活性炭在水處理廠的實際應用。含有聚乙醛或HA的單組分溶液用于單吸附系統(tǒng)研究，含有聚乙醛和HA的多組分溶液用于二元吸附系統(tǒng)研究。

　　單吸附系統(tǒng)中去除聚乙醛

　　圖2顯示了在不調節(jié)單一體系中的聚乙醛溶液的pH的情況下處理前后的四聚乙醛濃度。可以看出，有效地除去了聚乙醛，特別是在活性炭劑量較高的情況下。單因素統(tǒng)計檢驗證實，在活性炭處理2小時之前和之后，乙醛濃度之間存在顯著差異(p<0.05)。當活性炭用量從0.005g增加到0.05g時，去除甲醛的百分比從30.3%增加到99.6%。當PAC用量高于0.05 g時，處理后未檢測到乙醛，表明其濃度低于檢測到的聚乙醛(1~5μgL-1)。

　　圖2：在單吸附系統(tǒng)中使用不同活性炭劑量處理2小時前后的聚乙醛濃度。

　　單吸附系統(tǒng)中HA的去除

　　圖3顯示了不同劑量的活性炭處理之前和之后的H​​A濃度。通過在活性炭上吸附適度除去HA。隨著活性炭劑量的增加，HA的去除百分比范圍為9.8%至32%。雖然處理前HA的初始濃度(C 0=30 mg L-1)遠高于聚乙醛(C 0=1 mg L-1)，但高劑量的活性炭(例如1g)在2小時內也只能去除32%的HA。

　　圖3：在單吸附系統(tǒng)中使用不同PAC劑量處理2小時之前和之后的H​​A濃度。

　　活性炭對聚乙醛和HA的吸附比較

　　由于HA和甲醛隨時間吸附在活性炭上的不同行為，將HA吸附曲線的前120分鐘與單吸附系統(tǒng)中的乙醛進行比較(圖4)。在最初的5分鐘內，HA和聚乙醛都迅速吸附在活性炭上。然而，在此之后，乙醛的吸附顯著減慢并趨于平衡，而HA的吸附在前5分鐘內沒有那么快，而是以穩(wěn)定的，稍慢的速率保持增加。有趣的是，在較短的時間范圍內(從0分鐘到120分鐘)將HA吸附到活性炭上的趨勢與在較長時間范圍內(從0分鐘到30天)的趨勢非常相似。

　　圖4：在單吸附系統(tǒng)中2小時內PAC對聚乙醛和HA的吸附比較。

　　二元吸附系統(tǒng)中乙醛和HA的去除(競爭吸附)

　　圖5顯示在活性炭處理(競爭性吸附)后，在具有不同初始HA濃度(p<0.05)的二元系統(tǒng)中有效除去了聚乙醛。即使存在非常高濃度的HA(90mg L-1)，也有90.2%的苯甲醛去除。該發(fā)現(xiàn)表明HA的存在不會顯著影響二元系統(tǒng)中活性炭去除乙醛。隨著HA濃度從3 mg L-1增加到90 mg L-1，乙醛的去除率從98.6%下降到90.2%。它還表明從二元系統(tǒng)中適量地去除了HA(p<0.05)。

　　圖5：活性炭處理前后二元吸附系統(tǒng)中的聚乙醛和HA的濃度，不同的初始濃度的HA，而初始的聚乙醛濃度固定為1 mg L-1。

　　本研究中使用的活性炭可以有效地從水介質中除去乙醛，活性炭吸附四聚乙醛在堿性條件下稍后好點。在二元系統(tǒng)中HA的存在不會顯著影響本研究中使用的活性炭上吸附的乙醛的量，但它會加速聚乙醛的吸附速率，同時加快HA的吸附速率。可以通過以下事實來解釋：小的聚乙醛分子優(yōu)先選擇活性炭中豐富的微孔和中孔，而大的和復雜的HA僅附著于活性炭的表面或吸附在活性炭的較不常見的大孔上。當兩種化合物出現(xiàn)在同一吸附系統(tǒng)中時，該系統(tǒng)將尋求平衡每種化合物的吸附速率。

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