孫治榮,范延臻,李軍,王寶貞(哈爾濱建筑大學市政環境工程學院,哈爾濱　150090)

摘要:采用4種活性炭纖維(ACF)作為吸附劑,對水中CHCl3、CCl4、高錳酸鉀指數CODMn、紫外吸光值EUV254等有機微污染物的 去除進行了初步研究,并與ZJ-15型顆粒活性炭(GAC)進行了對比.吸附等溫線的結果表明,ACF3對CHCl3的去除效果最好 ,當CHCl3的平衡濃度為60μg·L-1時,ACF3對CHCl3的吸附容量為212μg·g-1;GAC對CCl4的去除效果最好,當CCl4的 平衡濃度為3μg·L-1時,GAC對CCl4的吸附容量為0.83μg·g-1;GAC及ACF1對CODMn、EUV254有較好的去除效果,當C ODMn的平衡濃度為2.5mg·L-1時,GAC及ACF1對CODMn的吸附容量分別為2.16mg·g-1和1.98mg·g-1,當EUV254的平 衡濃度為0.05時,GAC及ACF1對EUV254的吸附容量分別為0.32g-1和0.15g-1.
關 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:X505　　文獻標識碼:A　文章編號: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,為有機炭纖維經活化處理后制成.它具有發達的微孔結構,巨大的比表面積,眾多的官能團,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粒活性炭(gran-ularactivatedcarbon,GAC),吸附容量大增.吸附質可直接在暴露于纖維表面的微孔上進行吸附和脫附,因此吸附速率較GAC快得多,且再生時也易脫附.同樣的原因,對于低濃度以至痕量吸附質的吸附效果較GAC更好.因此,在處理低濃度污染物質時,ACF能發揮更大的作用.隨著經濟的發展,以有機污染為代表的水源水污染日趨嚴重.傳統的水處理工藝去除溶解性有機物的效率極低;另一方面,加氯消毒雖然殺滅了水中的細菌,但氯與水中的有機物結合會產生大量的有機氯化物,不僅原水中的有機致突變物不能去除,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等有機微污染物指標 的去除進行了研究
1　實驗
1.1　實驗材料及儀器設備
吸附劑材料　選用4種活性炭纖維材料ACF1(鞍山產粘膠基)、ACF2(沈陽產粘膠基)、ACF3(太原產粘膠基)、ACF4(沈陽產丙烯腈基)及一種顆粒活性炭(ZJ-15型GAC).
吸附劑材料在實驗前需預處理　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性雜質,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微計算機化氣相色譜儀;752紫外光柵分光光度計;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　實驗裝置

1.3　實驗方法
(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,放入細口瓶中,加入50ml原水,蓋上內襯鋁箔的醫用膠塞,將細口瓶放入35℃的恒溫水浴中,并用磁力攪拌器攪拌,每隔一定時間,取樣測其濃度,一直至吸附達到平衡,測其吸附平衡時間.
稱取某種ACF或GAC10mg、20mg、30mg、40mg、50mg、60mg、70mg,依次放入細口瓶中,加入原水50ml,蓋上襯有鋁箔的醫用膠塞,放入35℃的恒溫水浴中,并用磁力攪拌器攪拌,為使吸附達平衡,每個樣品均在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,準確稱取某種炭5mg、10mg、20mg、30mg、30mg、50mg、依次放入細口瓶中,加入100ml原水,放入20℃恒溫水浴中,并用磁力攪拌器攪拌.為使吸附達平衡,每個樣品均在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采用國家環保局編《水和廢水分析監測方法》(第三版,1997)的分析方法
2　結果與討論
2.1　對CHCl3的吸附
5種吸附劑對CHCl3的吸附見圖2,各自對CHCl3吸附的平衡時間分別為ACF150min、ACF220min、ACF320min、ACF430min、GAC110min,說明4種ACF對CHCl3的吸附速率遠遠大于GAC.
Freundlich(q=kc)對CHCl3吸附等溫線實驗數據的擬合結果見表1.

實驗結果表明,當平衡濃度為60μg·L-1(lgc=1.7781)時,5種吸附劑對CHCl3的去除效果順序為ACF3>ACF2>GAC>ACF1>ACF4,此時ACF3對CHCl3的吸附容量為212μg·g.ACF4適用于對平 衡濃度要求高的水中CHCl3的去除.

2.2　對CCl4的吸附
4種吸附劑對CCl4的吸附見圖3,各自對CCl4吸附的平衡時間分別為ACF150min、ACF240min、ACF320min、GAC110min,說明ACF對CCl4的吸附速率遠遠大于GAC.
在進行ACF4的實驗中,出水中的CCl4濃度高出原水,說明這種炭纖維中有CCl4溶出,因此未測得其數據,也說明ACF4不適宜用作水處理用的吸附劑.
實驗結果表明,當平衡濃度為3μg·L-1(lgc=0.4771)時,4種吸附劑對CCl4的去除效果順序為GAC>ACF1>ACF3>ACF2,此時GAC對CCl4的吸附容量為0.83μg·g-1.ACF2、ACF3適用于對平衡濃度要求高的水中CCl4的去除.

Freundlich(q=kc)對CCl4吸附等溫線實驗數據的擬合結果見表2.

2.3　對COD的去除
5種吸附劑對CODMn的去除見圖4.

實驗結果表明,當平衡濃度為2.5mg·L-1(lgc=0.3979)時,5種吸附劑對CODMn的去除效果順序為GAC>ACF1>ACF4>ACF2>ACF3,此時GAC及ACF1對CODMn的吸附容量分別為2.16mg·g和1.98mg·g.ACF3及ACF4適用于對平衡濃度要求高的水中CODMn的去除.Freundlich(q=kc)對CODMn吸附等溫線實驗數據的擬合結果見表3.

2.4　對E的去除
5種吸附劑對EUV254的去除見圖5.
Freundlich(q=kc)對EUV254吸附等溫線實驗數據的擬合結果見表4.
實驗結果表明,當平衡濃度為0.05(lgc=-1.3010)時,5種吸附劑對EUV254的去除效果順序為GAC>ACF1>ACF4>ACF3>ACF2,此時GAC及ACF1對EUV254的吸附容量分別為0.32g及0.15g.


通過對4種ACF及ZJ-15型GAC的研究,發現ACF對水中微污染物的去除與理論分析有異,這可能有2點原因:1某種活性炭纖維可能只對某一污染物有特殊的吸附性能;2由于條件所限,本試驗選用的活性炭纖維類型較少,應選用更多的類型進一步研究.
3　結論
ACF1及GAC對CODMn、EUV254、CCl4有較好的去除效果,而ACF3對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填裝有ACF3的纖維柱,這樣既可保證對CODMn1/nE等有較好的去除效果,又可保證對CHCl有較好的去除效果.
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基金項目:黑龍江省自然科學基金資助項目
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用研究.
收稿日期:1999-12-30*現在北京工業大學環境與能源工程學院工作(100022)