活性炭国家专精特新“小巨人”企业活性炭产学研合作

　　乙醛(C8 H16 O4)，是一种高极性有机化合物和醛的环状四聚体(CH3 CHO)，是80%的驱虫剂中的活性成分，已广泛用于农业和园艺。在20℃下，聚乙醛在水中的溶解度为0.188g L-1。它在水体中的频繁释放和持久性已经污染了地表水资源，残留在饮用水中。因此，去除水中的四聚乙醛，具有十分重要的意义。

　　活性炭吸附和氧化过程(AOPs)是去除水中农药的常用的处理方法。活性炭是一种普遍使用的吸附剂，用于处理水中的污染物，价格实惠，效果好。例如，活性炭在过滤水和空气中的污染物十分有效。然而，它在去除水处理厂中聚乙醛由于聚乙醛的生理化学性质效果普通，例如其低辛醇/水分配系数。氧化是一种趋势处理方法，通常涉及紫外线辐射和催化剂，以将有机污染物分解成良性物质，如水和二氧化碳。

　　现在我们使用的水处理粉末活性炭，与纳米颗粒的光催化相比，它具有去除水中的聚乙醛的能力。由于使用活性炭作为吸附剂的有效结果，值得进一步研究乙醛在活性炭上的吸附机理。关于水中的聚乙醛等污染物的吸附过程，有必要考虑背景有机物质。污染物和溶解有机物(DOM)之间的相互作用对环境和水处理过程中污染物的具有重要意义。例如，NOM分子会阻塞催化剂的活性位点并随后抑制聚乙醛的降解过程，涉及新型吸附剂的电化学过程对乙醛的去除效率降低。因此，有机物背景浓度可以影响活性炭吸附聚乙醛。

　　图1：活性炭在不同放大倍数上的SEM图像。

　　本期研究了在水溶液中存在和不存在有机物质的情况下将乙醛吸附到活性炭上，对照研究包括仅将有机物质吸附到活性炭上。我们选择腐殖酸(HA)来代表本研究中的有机物，因为它不仅是有机物的重要组分，而且是地表水中常见的污染物。因此，研究甲醛和HA在活性炭上的单一和二元吸附系统，这有助于活性炭在水处理厂的实际应用。含有聚乙醛或HA的单组分溶液用于单吸附系统研究，含有聚乙醛和HA的多组分溶液用于二元吸附系统研究。

　　单吸附系统中去除聚乙醛

　　图2显示了在不调节单一体系中的聚乙醛溶液的pH的情况下处理前后的四聚乙醛浓度。可以看出，有效地除去了聚乙醛，特别是在活性炭剂量较高的情况下。单因素统计检验证实，在活性炭处理2小时之前和之后，乙醛浓度之间存在显着差异(p<0.05)。当活性炭用量从0.005g增加到0.05g时，去除甲醛的百分比从30.3%增加到99.6%。当PAC用量高于0.05 g时，处理后未检测到乙醛，表明其浓度低于检测到的聚乙醛(1~5μgL-1)。

　　图2：在单吸附系统中使用不同活性炭剂量处理2小时前后的聚乙醛浓度。

　　单吸附系统中HA的去除

　　图3显示了不同剂量的活性炭处理之前和之后的H​​A浓度。通过在活性炭上吸附适度除去HA。随着活性炭剂量的增加，HA的去除百分比范围为9.8%至32%。虽然处理前HA的初始浓度(C 0=30 mg L-1)远高于聚乙醛(C 0=1 mg L-1)，但高剂量的活性炭(例如1g)在2小时内也只能去除32%的HA。

　　图3：在单吸附系统中使用不同PAC剂量处理2小时之前和之后的H​​A浓度。

　　活性炭对聚乙醛和HA的吸附比较

　　由于HA和甲醛随时间吸附在活性炭上的不同行为，将HA吸附曲线的前120分钟与单吸附系统中的乙醛进行比较(图4)。在最初的5分钟内，HA和聚乙醛都迅速吸附在活性炭上。然而，在此之后，乙醛的吸附显着减慢并趋于平衡，而HA的吸附在前5分钟内没有那么快，而是以稳定的，稍慢的速率保持增加。有趣的是，在较短的时间范围内(从0分钟到120分钟)将HA吸附到活性炭上的趋势与在较长时间范围内(从0分钟到30天)的趋势非常相似。

　　图4：在单吸附系统中2小时内PAC对聚乙醛和HA的吸附比较。

　　二元吸附系统中乙醛和HA的去除(竞争吸附)

　　图5显示在活性炭处理(竞争性吸附)后，在具有不同初始HA浓度(p<0.05)的二元系统中有效除去了聚乙醛。即使存在非常高浓度的HA(90mg L-1)，也有90.2%的苯甲醛去除。该发现表明HA的存在不会显着影响二元系统中活性炭去除乙醛。随着HA浓度从3 mg L-1增加到90 mg L-1，乙醛的去除率从98.6%下降到90.2%。它还表明从二元系统中适量地去除了HA(p<0.05)。

　　图5：活性炭处理前后二元吸附系统中的聚乙醛和HA的浓度，不同的初始浓度的HA，而初始的聚乙醛浓度固定为1 mg L-1。

　　本研究中使用的活性炭可以有效地从水介质中除去乙醛，活性炭吸附四聚乙醛在碱性条件下稍后好点。在二元系统中HA的存在不会显着影响本研究中使用的活性炭上吸附的乙醛的量，但它会加速聚乙醛的吸附速率，同时加快HA的吸附速率。可以通过以下事实来解释：小的聚乙醛分子优先选择活性炭中丰富的微孔和中孔，而大的和复杂的HA仅附着于活性炭的表面或吸附在活性炭的较不常见的大孔上。当两种化合物出现在同一吸附系统中时，该系统将寻求平衡每种化合物的吸附速率。

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