多种活性炭对目标有机物吸附特性影响因素的研究

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1、多种活性炭对目标有机物吸附特性影响因素的研究随着现代经济的飞速发展，我国的水污染事件也频频发生。近年来，比较有代表性的两类污染物是内分泌干扰物EDCS和消毒副产物DBPS。由于现代农业对于农药的过分依赖，使得以农药为典型代表的内分泌干扰物大量排放，对人类健康乃至整个自然界的生态平衡产生了严重危害。消毒副产物是经由饮用水常规处理工艺的消毒阶段产生，具有代表性的是卤乙酸，它是一种有强烈致癌作用的非挥发性消毒副产物。水体中以腐殖酸为主的天然有机物(NOM)通常会显著影响这些污染物的去除，并协同形成复杂的污染体系影响我们的环境，其风险不容忽视。我国《生活饮用水卫生标准》

2、(GB5749-2006)对这两类污染物所包含的大部分有机物有明确的限值规定。目前对内分泌干扰物和消毒副产物的去除方法有很多种，如活性炭吸附法、臭氧生物活性炭法、高级氧化法、膜分离技术等深度处理方法。其中活性炭吸附法历史悠久且效果极佳，粉末活性炭依靠发达的孔隙结构和表面活性官能团使其能够吸附更为广谱的有机污染物，操作简单且无二次污染，所以应用普遍，在美国也将其列为去除有机物最可行的技术。目前活性炭的吸附机制虽然被大量研究，但对其了解仍十分有限。尤其是活性炭对有机物吸附特性的影响因子尚不明确，活性炭本身的理化结构、吸附质的性质、吸附条件、水体天然有机物的性质等都会

3、对吸附产生重要影响。35所以应研究其中的主导因素，而不是只注重活性炭的常规指标（如碘吸附值、亚甲基蓝值），这样才能在实际应用选择中找到最高效的炭种。本文采用阿特拉津作为干扰物的代表，二氯乙酸和三氯乙酸作为消毒副产物的代表，以北京怀柔水库水作为试验的天然水体，选取７种粉末活性炭，研究在高纯水配水条件下对这３种目标有机物的吸附特性以及天然水配水条件下ＮＯＭ同目标有机物的竞争吸附。最后，采用相关手段研究多种活性炭的理化结构，找到影响其吸附特性的主要因素。１、材料与方法1.1试验材料与仪器试验中所用到的主要仪器见表1试验中共采用7种活性炭：2种是以毛竹下脚料为原材料，采

4、用水蒸气活化法自制的竹质活性炭，根据其制作工艺的不同分别称为竹片破碎炭和竹基柱状炭；压块柱状炭是选取不同的煤按相应比例磨粉压片制成；另外4种活性炭均为普通的煤质商品活性炭，依次为北京市第九自来水厂正在使用的活性炭（以下简称JC炭）、从山西华青集团购得的原煤破碎炭、新疆神华能源有限责任公司研制的神华１＃炭和神华2#炭。试验时将7种颗粒活性炭研磨、过200目的筛子成为粉末活性炭（PAC）后置于105℃的烘箱保存以备后续使用。７种活性炭的基本指标如表２所示。35３种目标污染物：阿特拉津(Atrazine)、二氯乙酸(DCAA)和三氯乙酸(TCAA)。3种物质均为色谱纯

5、,基本性质如表３所示。二氯乙酸、三氯乙酸属于强极性物质，极易溶于水；阿特拉津在水中的溶解度为33mg/L。采用的天然水体取自怀柔水库,基本水质指标如表4所示。1.2活性炭的表征方法PAC的物理特性表征包括总比表面积、总孔隙容积、微孔比表面积、中孔（含大孔）比表面积、微孔孔隙容积、中孔（含大孔）35孔隙容积、平均孔隙直径。PAC孔径分布及相关结构参数采用比表面积测定仪测定,原理是低温氮气吸附、脱附法，即在77K条件下氮气在活性炭上的吸附脱附等温线。采用BET法计算PAC比表面积,t法和HK法计算微孔比表面积和孔容积,BJH法计算中孔(含大孔)比表面积和孔容积。PA

6、C的化学特性包括元素分析、零电荷点和炭表面官能团。元素分析采用元素分析仪（VarioMI-CRO,Elementar,德国）测定。表面官能团利用傅里叶红外光谱法（FTIR)在红外光谱仪上测定。零电荷点采用质量滴定法测定,将0.05ｇ活性炭置于15ｍLNaNO3溶液中,将水样pH调至3~12,在25℃条件下的水浴振荡24ｈ,再测定最终pH。以初始pH为横坐标,最终pH为纵坐标画图，曲线与y=x直线的交点则活性炭零电荷点pHpzc。1.3阿特拉津、二氯乙酸和三氯乙酸的测定方法阿特拉津采用固相萃取-高效液相色谱（SPE-HPLC)法测定。利用甲醇萃取水中的阿特拉津,浓

7、缩挥干后用甲醇定容,进入高压液相色谱仪测定。固相萃取仪用AgilentSAMPLIQC18SPE小柱富集水中的阿特拉津，萃取前用依次用６mL甲醇、６mL高纯水对SPE柱进行活化,将500mL水样以４ｍL/min的流速通过SPE柱进行富集,用高纯氮吹干小柱后以5mL甲醇作为洗脱剂淋洗SPE柱,收集淋洗液;再用高纯氮气将淋洗液中的甲醇吹干,最终用1mL甲醇定容,进行液相色谱分析。色谱柱采用C18(250mm×4.6mm×5μｍ)，柱温40℃;流动相由甲醇和水组成,配比为甲醇∶水＝75:25，流动相流量为0.9mL/min,检测波长为254nm,出峰时间为5.31mi

8、n。35二氯乙酸和三氯乙