活性炭国家专精特新“小巨人”企业活性炭产学研合作

　　钙离子和pH对活性炭吸附的影响，活性炭广泛用于地下水过滤和废水处理，因为它具有高表面积和多孔结构，可以物理吸附各种污染物，特别是在与挥发性有机化合物(VOC)的相互作用方面。目前活性炭已用作一系列渗透性反应性墙(PRB)中有机污染物的吸附剂，尤其用于处理受氯化有机化合物污染的地下水。为了更好地利用活性炭，研究了不同设计的含活性炭PRB结构并应用于地下水处理。PRB利用地下水流被动将污染物与屏障中的活性炭接触，从而达到吸附过滤污染物的效果。

　　地下水中的主要污染物为TCE，本次我们研究的是使用活性炭渗透反应墙来处理地下水。经过我们的一些列研究方法，了解到地下水中的Hp值与钙离子对活性炭的吸附与再生过程的影响。对以后的废水处理上有一个数据上的支持。

　　实验方法

　　所有实验均以分批模式和在环境室温下的非缓冲溶液中进行。样品的初始pH用H2 SO4和NaOH调节。所有实验均在带有聚四氟乙烯涂覆的塞子和磁力搅拌装置的2L锥形烧瓶中进行。用具有可调节搅拌速率(150rpm)的磁力搅拌器搅拌反应液。包括对照在内的实验一式三份。抗坏血酸用于终止自由基反应。.在实验中选择吸附三次，因为3次吸附不仅实现了高TCE去除效率，而且足够的TCE可以吸附在活性炭中。

　　一、pH对活性炭吸附/再生过程的影响。

　　为了研究pH对活性炭吸附过程的影响，进行了动力学试验。吸附实验在2L TCE溶液(30mg L-1)和1g活性炭中进行，同时将初始pH调节至3,7和9从5mL反应溶液样品中分析TCE浓度。在含有1mL抗坏血酸(0.1mol L-1)的10mL硼硅酸盐小瓶中混合10,30,60,120,180,240,360,480,720和1440分钟。

　　在活性炭的再生过程中，首先进行吸附过程，同时将溶液pH固定在7，选择反应时间12小时(根据达到吸附平衡时的动力学试验结果)。吸附过程进行3次以帮助活性炭饱和(未完全饱和)，然后将饱和的活性炭冷冻干燥以帮助再生。基于吸附的TCE量，将溶液的pH分别调节至3,7和9。吸附/再生循环重复3次。在反应过程中分析TCE，HO和氯化物浓度。

　　二、钙离子对活性炭吸附/再生过程的影响。

　　为了研究钙离子对活性炭吸附过程的影响，在pH为7下进行动力学测试。吸附实验在2L TCE溶液(30mg L-1)和1g活性炭中进行。将钙离子浓度调节至0.01,0.05和0.1mol L-1。取5mL反应溶液的等分试样并在含有1mL抗坏血酸(0.1mol L-1)的10mL硼硅酸盐小瓶中合并10,30,60,120,180,240,360,480,720。和1440分钟。分析TCE浓度。

　　对于活性炭的再生过程，首先进行吸附过程，同时将溶液pH固定在7，并选择反应时间12小时。吸附过程进行3次以帮助活性炭饱和(未完全饱和)，然后将饱和的活性炭冷冻干燥以帮助再生。根据吸附的TCE量，将溶液中的钙离子浓度调节至0.01,0.05和0.1 mol L-1，吸附/再生循环重复3次。在反应过程中分析TCE，HO和氯化物浓度。

　　pH对活性炭吸附/再生过程的影响

　　pH的变化导致活性炭表面电荷的变化并影响吸附性能。如在呈现图1，吸附/再生循环，不同的pH条件下进行三次。图1的左Y轴表示在吸附/再生循环期间吸附或氧化的TCE量，图1的右Y轴表示吸附/再生循环期间TCE的再生效率。在再生期间TCE最终被氧化成氯化物(1mol TCE最终可以产生3mol氯化物)，这意味着氯化物可以代表TCE的氧化量。产生的氯化物除以3是氧化的TCE量。在第一次再生循环期间，在3,7和9的不同pH条件下，30.22%，29.29%和33.98%的TCE被矿化成氯化物(图1)。然而，在第二次和第三次再生循环期间，当pH为3时，活性炭的再生效率降低至26.75%和21.87%。由于pH值为7和9时TCE吸附减少(图1)，当pH为9时，活性炭的再生效率提高到42.52%和44.01%，降至17.04%，然后在pH值为7时提高到30.41%。

　　图1、pH对活性炭吸附/再生过程的影响。

　　钙离子对活性炭吸附/再生过程的影响

　　由于其在化合物形式中的溶解度相对较低，地下水中的钙离子容易沉淀并络合。人们普遍认为pH和离子强度不会影响不带电有机化合物在活性炭上的吸附。然而，钙离子的存在影响溶液上活性炭的吸附能力和铁的氧化能力。CaSO 4和CaCO 3容易在地下水中沉淀，显然，可能会影响活性炭的吸附容量。

　　如图2所示，进行了两次吸附/再生循环。在第一次吸附/再生循环期间，当钙离子存在时，TCE去除明显减少。显然，在第二次吸附/再生循环期间，即使进行活性炭的再生，也难以在钙离子条件下除去TCE。这表明钙离子不仅在活性炭的吸附能力，而且在其再生过程中都起着重要作用。原因可能是由于钙离子与其他离子的结合，导致其容易在活性炭表面上沉淀并影响其吸附能力，导致第二循环中TCE去除的减少。

　　图2、不同钙离子浓度下的TCE去除。

　　总的来说，即使在低浓度下，钙离子的影响对活性炭吸附能力和再生方面很明显。根据实验结果，可以得出结论，活性炭渗透反应墙是一种有价值的地下水处理方法。它需要改进，因为一些环境因素对活性炭吸附效果产生影响，但它具有立即去除有机污染物的优点，随后是吸附/再生过程的可持续使用。

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