活性炭国家专精特新“小巨人”企业活性炭产学研合作

　　水净化和水溶液如何将引入的化合物还原到水净化系统中是一个难题。除了使用活性炭吸附外，一些物理方法也可以进行尝试，因为通过(紫外线)辐射或磁场(超声波或电磁)对水进行处理，可能会影响结构的变化。受磁场影响的水中粘度，表面张力和蒸发焓增加。这些物理参数的增加导致分子相互作用，从而改变水的化学性质。本期测试弱磁场对活性炭和其他吸附材料过滤过程中铁锰化合物去除的影响。

　　磁化水和过滤材料的实验

　　该实验在实验室规模上进行，其中研究由八个分离漏斗组成。将各个分离漏斗成对分组并填充相同量的活性炭和其它吸附剂的过滤床。在每对分离漏斗中，一个用于对照样品(不含磁性)，而另一个用于磁化样品。对照和磁化样品分离漏斗中各个过滤材料的重量一样。将铁锰化合物加入到蒸馏水浓缩制备实验用的水溶液。对于磁化过程，使用永磁铁氧体磁铁进行磁化。然后通过填充有活性炭和其它吸附剂的沉积物过滤溶液。未校正样品的pH。pH的差异与添加单独的金属标准溶液有关。图1显示了制备用于过滤和过滤过程的模型水样品的过程。

　　图1：控制和磁化样品制备过程图。

　　磁场对活性炭去除铁锰化合物的影响

　　从水中除去铁和锰可以通过许多常规方法进行。通常，除铁的本质是Fe(II)离子氧化成Fe(III)并通过沉降和过滤从处理过的水中除去沉淀的Fe(OH)3沉积物。然而，脱锰包括将Mn(II)离子氧化成Mn(IV)和以MnO 2沉积物形式沉淀。用于从水中除去这些金属的方法由它们在处理过的水中发生的形式决定。我们在水过滤和从水中去除铁和锰的实验方面有经验，并且已经开展了一种新工艺的研究，该工艺可以通过传统方法提高铁和锰的去除效率。因此，进行测试以确定磁场对活性炭的过滤过程的影响。水磁化实验的目标不是铁还是锰氧化，影响的是水分子的排序。首先测试活性炭和其他吸附剂单独对样品水的过滤情况，发现仅在通过活性炭过滤的样品的情况下，样品中的铁浓度至磁化低于对照样品。在该床中除铁的计算效率在对照样品中约为83%，在磁化样品中为93%(图2)。在活性炭过滤过程中，铁去除效率的差异计算为约3%，有利于用磁化处理的样品。

　　图2：活性炭除铁效率对原水中初始浓度的关系。

　　使用两种不同原料的活性炭作为吸附剂：由烟煤制成的活性炭和来自兽骨的活性炭。这些材料的磁特性表明，来自烟煤的活性炭是铁磁性材料，而骨碳是顺磁性材料。在两种吸附剂的情况下，没有进行任何额外的改进来改变或改善它们的磁性。获得的吸附结果取决于活性炭和吸附物的磁性。结果发现，由于其铁磁性，活性炭在外部磁场的作用下效果更好。有增加的吸附能力金属去除效率的差异是由于水磁化的时间。

　　在最后一系列试验中，作为所进行的工作的一部分，使用锰模型溶液进行试验。在计算的基础上，发现在通过活性炭的过滤过程中用磁场处理的样品中锰的去除效率更高。各滤床上锰和对照水之间的锰去除效率差异(图3)。另一方面，磁场的使用增加了水的饱和度，其中氧气是Mn(II)氧化反应为Mn(IV)所必需的。其他吸附材料具有化学惰性，因此通过使用磁场对水的物理和化学性质的影响不会提高铁和锰离子的效率。

　　图3：活性炭除锰效率对原水中初始浓度的关系。

　　目前对水及其溶解组分的多种不同类型的磁场效应。最常提到的包括：对碳酸钙晶体沉淀的影响，包括它们的类型和沉淀位置对硫酸钙沉淀的影响，pH随时间的变化，在规定的时间内保存上述性能又称磁记忆，减少水的表面张力，改变钢的腐蚀速率等。没有关于磁场对从水中去除铁和锰的影响的实验，因此我们测试了磁场对在各种填充物和活性炭过滤过程中从水中去除这些元素的影响的影响。基于对支持该过程的磁场的应用进行的研究，发现磁场对提高过滤过程的效率具有影响。在得到的结果证实了磁场可以影响活性炭和其他材料过滤水。

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