活性炭表面化学改性去除溴酸盐的研究

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目前,臭氧氧化技术在饮用水处理中的应用逐渐推广。当源水中含有一定量的溴离子时,臭氧能将其氧化为溴酸盐。溴酸盐是一种能严重危害人体健康的无机物,国际癌症研究机构将其确定为致癌和致畸物质。   基于溴酸盐的毒性,迫切需要开展饮用水中溴酸盐控制和去除的方法研究,以满足饮用水健康安全的要求。溴酸盐的控制方法主要有:加氨、降低pH、加过氧化氢、加自由基清除剂和加HOBr清除剂以及活性炭吸附、UV辐射等。   其中,活性炭吸附还原去除溴酸盐是研究的热点,目前活性炭去除溴酸盐主要关注于条件的优化上,对于改性活性炭去除溴酸盐的研究却很少。因此本课题的研究具有重要的理论意义。   首先采用未改性煤质活性炭去除溴酸盐的研究,达到吸附平衡的时间为2.5h,并采用Freundlich公式来拟合活性炭吸附溴酸盐的吸附等温线,得出Freundlich指数1/n为0.8825,表明该颗粒活性炭吸附溴酸盐的性能较好。同时研究了该颗粒活性炭去除溴酸盐的最佳工艺参数,在250ml浓度为0.5 mg/L(30℃)的溴酸盐溶液,当活性炭投加量为0.3g,pH在6.5~8.5之间,反应时间为2.5h时,溴酸盐的去除率可以达到90%以上。当水中含有较高浓度阴离子时,溴酸盐的去除率能下降20%左右。   其次采用不同浓度硝酸在不同温度下对煤质颗粒活性炭进行改性,活性炭的表面性质发生了很大的改变。与未改性活性炭相比,改性活性炭的羧基和羟基的数量均有不同程度的增加,不同氧化条件下,羧基的数量为原来的9~15倍,羟基的数量为原来的2~6倍,而碱性基团与未改性活性炭相比,下降程度较大,不足未改性颗粒活性炭的三分之一。内酯基的数量在不同氧化条件下有所变化,有增有减,总体呈现增加的趋势。经硝酸改性的1#~7#活性炭对溴酸盐都有一定幅度的提高,其中以5#活性炭,即经35%的硝酸在50℃下浸泡的活性炭对溴酸盐的去除率最高,达到了93.8%,比未改性活性炭的去除率提高了4.9%左右。   采用改性活性炭在不同流速下吸附溴酸盐,在35 mL/min时穿透时间为20h,在20mL/min时穿透时间为36h,可见穿透曲线受进水流速的影响很大,当增大进水流速的时候,穿透时间明显的降低。   实验结果表明,经过硝酸氧化改性后,活性炭表面性质发生很大改变,增加了表面羧基和羟基的数量,提高了活性炭表面的亲水性,从而对溴酸盐的去除率有一定程度的增加。所以通过改性的方法提高溴酸盐的去除率是可行的。  
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