活性炭国家专精特新“小巨人”企业活性炭产学研合作

　　对于控制城市雨水需要考虑由地下雨水收集管道收集的水量和水质。本文重点介绍活性炭对渗透系统中雨水处理过程的影响。选择活性炭对无机物污染物的选择性除去，再对比其他处理材料例如沸石，石灰石砂，硅藻土和埃洛石来进行研究。在不同环境换温度下批次测试活性炭的吸附容量。

　　城市雨水中含有大量的污染物，包括悬浮液，油衍生的物质，重金属，溶解的盐，多环芳香族烃，酚类等等。在许多地区，城市雨水被视为土壤水环境中的污染物之一。所以收集的雨水需要经过处理后使用或者排放到水循环系统中，这里研究的主要目的是确定活性炭在五种不同反应中的吸附的定性和定量影响。活性炭在低浓度和满浓度下测定雨水中污染物的去除率。

　　使用的处理材料

　　在分析中使用活性炭和未经修饰的矿物材料，例如沸石，石灰石砂，硅藻土和埃洛石(图1)。矿物材料是不经受预处理，以确保使用最经济上有利的材料。本期使用的活性炭是一种微孔材料，由微孔表面和体积值和相对较低的中孔表面值证明该材料的表面。硅藻土，沸石和埃洛石是中孔材料，因此其特征在于具有中间孔的平均比表面积，所述中孔具有不规则尺寸和形状的窄裂缝形状。在埃洛石中观察到这些矿物中介孔的大比表面积和体积，而硅藻土的孔隙比较少，石灰石砂可归类为无孔材料。

　　图1：研究中使用的反应性材料。

　　扫描电子显微镜(SEM)图像和反应材料的化学微范围分析(EDS)如图2所示。值得注意的是，活性炭样品具有大膨胀的多孔表面，内部孔隙的尺寸达到十几微米到几百微米。石灰石砂的SEM分析证实了这种材料的碳酸盐特征，而钙和氧的微区化学分析指向方解石(CaCO 3))。SEM-EDS分析表明硅藻土样品中存在来自二氧化硅基团的矿物，并允许将该材料的岩相分类为硅藻土。SEM微图像证实了中等发展的沸石和埃洛石的表面，并且在后一种材料的情况下，存在特征性的纳米管，然而，在该放大率下不是非常明显。此外，EDS光谱指出沸石样品中存在：硅(Si)，氧(O)，铝(Al)，钾(K)，钙(Ca)和铁(Fe)，以及：铁(Fe) ，埃洛石样品中的铝(Al)，硅(Si)，镁(Mg)，磷(P)，钙(Ca)和钛(Ti)。

　　图2.：活性炭和其他材料的SEM图像和EDS分析。

　　外部环境对去除效果的影响

　　活性炭在去除污染物方面pH值发挥着重要作用，特别是重金属污染，还有铵离子。在水pH超过7的情况下，除了铵离子之外，水中还含有气态氨，并且在pH=11.1时，游离氨达到99%。在具有较大pH值的溶液中，重金属以氢氧化物形式沉淀。反过来，在pH<7的Pb，pH<7.5的Cu，pH<8.7的Zn和pH<9.8的Ni，在雨水无机物处理中的主要金属形式是它们的离子形式，可以通过活性炭吸附过程除去。因此，可以假设在含有Zn和Cu的水与活性炭和石灰石砂的情况下，由于它们的高pH值，沉淀将在去除这些污染物中起重要作用。

　　初始浓度低时温度对活性炭吸附的影响

　　在经验拟合的情况下，活性炭在3°C至30°C温度范围内对铵离子和磷酸盐的平衡吸附容量的变化如图3所示。对于雨水中的生物成分，未在40℃下进行测试的结果，因为三次重复的测量平衡浓度的差异超过10%。在10mg/L NH 4 -N和PO 4 -P的污染物的初始浓度下，没有观察到温度对生物组分去除强度的显着影响。分析活性炭相对于铵离子的吸附能力随着温度从3°C变化到22°C而增加。然而，活性炭在3℃和22℃下除去的铵离子总量之间的差异不大，而NH 4则减少在剩余活性炭的情况下观察到-N的去除。

　　图3：温度对活性炭去除无机污染效率的影响。

　　铵和磷酸根离子的平衡试验仅在3℃至22℃的温度范围内进行，因此，吸附容量和温度的关系没有用多项式函数描述。类似地，如在系列I的分析中，活性炭对除去铵离子效果比较好，在磷酸盐的情况下，具有高去除能力的材料是活性炭。

　　本研究强调了温度对活性炭和低成本矿物吸附剂上雨水的典型选择性无机污染物的去除效率的影响。调查显示，环境温度决定了地下土壤层的状况，因此，在地下渗透处理区，可能会影响城市地区雨水输送的污染物的清除。随着温度的降低，活性炭的吸附效率变弱。然而，活性炭表面上的活性位置以及有机物质和悬浮液的其他溶解组分的存在可能影响材料的实际吸附能力。

　　上面进行的研究表明，Cu和PO 4 -P去除效率较高的材料是活性炭。其余材料在于中等效率的重金属去除和从单组分溶液中除去生物基的效率较低。基于大吸附容量的值，在活性炭上去除Cu和在石灰石砂上去除Zn的情况下，处理过程受到温度下降的限制。在活性炭去除过程本质上是有利的，对于较高浓度的重金属接近不可逆，对较低浓度的磷酸不太有利。

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