表面改性活性炭吸附酚類內(nèi)分泌干擾物的性能與機(jī)理研究.pdf

1、近年來(lái)，內(nèi)分泌干擾物污染問(wèn)題已引起人們的廣泛關(guān)注，特別是在飲用水中也檢測(cè)到了內(nèi)分泌干擾物質(zhì)的存在，采用活性炭吸附技術(shù)去除水中有機(jī)污染物已被認(rèn)為是一種最為有效和廣泛的處理方法，因此，建立活性炭表面物化性質(zhì)與其對(duì)特定污染物吸附能力之間的關(guān)系，為實(shí)際應(yīng)用提供理論依據(jù)勢(shì)在必行。
　　本文選擇兩種活性炭 W20(木質(zhì)炭)和F20(煤質(zhì)炭)，通過(guò)改性處理獲得具有不同表面物化性質(zhì)的活性炭，選用雙酚 A(BPA)為內(nèi)分泌干擾物的代表污染物，圍繞目

2、標(biāo)物吸附能力與活性炭表面性質(zhì)關(guān)系這一關(guān)鍵問(wèn)題，詳細(xì)地研究了 BPA在活性炭表面的吸附行為和機(jī)理，同時(shí)選出兩種活性炭探討了影響 BPA吸附的環(huán)境因素，最終考察了被選擇活性炭對(duì)松花江原水和砂濾水中酚類內(nèi)分泌干擾物的吸附情況。
　　改性處理改變了活性炭的物理結(jié)構(gòu)和表面化學(xué)性質(zhì)，其中HNO3氧化降低了活性炭的比表面積，增加了羧基與酚羥基官能團(tuán)含量，降低了等電點(diǎn)值；高溫H2與N2還原處理對(duì)活性炭結(jié)構(gòu)的改變很大程度上受炭材質(zhì)與改性溫度影響，并

3、且改性處理后降低了表面酸性含氧官能團(tuán)含量，增加了活性炭的等電點(diǎn)值；HCl和NaOH改性處理對(duì)活性炭的比表面積改變很小，但前者降低了活性炭的等電點(diǎn)值，而后者恰恰相反。此外，各種改性過(guò)程對(duì)活性炭上的灰份含量改變趨勢(shì)各不相同。
　　BPA在吸附過(guò)程中主要由液膜傳質(zhì)和孔內(nèi)擴(kuò)散兩個(gè)過(guò)程控制，吸附行為假二級(jí)動(dòng)力學(xué)吸附。進(jìn)一步研究結(jié)果表明，BPA在活性炭上的吸附(HNO3氧化改性為 Freundlich吸附)為 Langmuir吸附，但吸附質(zhì)分

4、子并未將整個(gè)活性炭表面完全覆蓋。其中高溫N2處理活性炭W20N具有最高的BPA飽和吸附能力，qm達(dá)到了526.32mg/g，而 HNO3氧化活性炭 W20A表現(xiàn)出了最差的吸附能力，最大吸附量?jī)H為175.44mg/g。
　　BPA在活性炭上的吸附是自發(fā)和放熱的物理吸附過(guò)程，并且以平伏形式吸附于炭表面；溶液 pH值通過(guò)控制吸附質(zhì)與吸附劑表面所帶的電荷明顯地影響活性炭對(duì)BPA的吸附能力，在pH=11時(shí)，強(qiáng)化的靜電斥力導(dǎo)致W20與W20N

5、表現(xiàn)出了最差的BPA吸附能力；溶液的離子強(qiáng)度也通過(guò)占據(jù)活性位、產(chǎn)生電荷屏蔽和鹽析效應(yīng)影響著目標(biāo)物在活性炭上的吸附；此外，單寧酸的存在能夠通過(guò)直接競(jìng)爭(zhēng)吸附位、改變活性炭表面化學(xué)性質(zhì)(如：等電點(diǎn))和降低活性炭可利用的孔體積，而減少活性炭對(duì)BPA的吸附能力。
　　機(jī)理分析結(jié)果表明，BPA在活性炭表面的吸附主要遵循π-π色散作用理論。在炭表面由于氫鍵作用形成的水分子簇會(huì)明顯抑制活性炭的吸附能力，因此，降低活性炭表面酸性含氧官能團(tuán)的含量(特

6、別是羧酸基團(tuán))，能夠提高活性炭吸附 BPA的能力。另外，使活性炭在吸附體系中處于自身靜電荷密度為零狀態(tài)，將會(huì)對(duì)BPA表現(xiàn)出最好的吸附能力。
　　最后，在實(shí)際水體中酚類內(nèi)分泌干擾物在活性炭上的吸附能力隨著logKow的增大而增大(雌激素酮除外)，其中改性炭表現(xiàn)出了更好的處理效果，而水中存在的天然有機(jī)物和其它有機(jī)物由于競(jìng)爭(zhēng)吸附和孔阻塞降低了活性炭的吸附能力。因此，在實(shí)際水處理過(guò)程中，選用具有較多中孔結(jié)構(gòu)的活性炭，能夠提高處理過(guò)程效率，