采用活性炭纤维吸附水中三氯甲烷_安丽

第卷第期年月同济大学学报!!∀#∃采用活性炭纤维吸附水中三氯甲烷安丽顾国维同济大学环凌工程学院,,上海摘要对活性炭纤维吸附水中三氛甲烷作了初步探讨,结果表明对三氛甲烷的吸附速率较快,吸附平街时间较短,并且吸附容量的大小与的比表面积成正比关键词活性炭纤维吸附三氯甲烷水溶液中图法分类号活性炭纤维是近几十年迅速发展起来的一种新型高效吸附剂它能以纤维束、布、毡、纸等各种不同形态存在使用目前制造的原料主要有有机丝、聚丙烯睛、酚醛、沥青、聚乙烯醇等与普通颗粒活性炭相比,具有优异的结构与性能特征,它的比表面积大,孔径分布狭窄而均匀,微孔范围为一’。一一’,不像颗粒活性炭那样有大孔、过渡孔和微孔之分有一定量的表面官能团,对各种无机和有机气体、水溶液中的有机物、重金属离子等具有较大的吸附量和较快的吸附速率,容易再生近年来在表面化学处理方面也作了许多工作,以期进一步改善的吸附性能〔‘一‘’,如含一的对一些无机气体,特别是的吸附性能大大改善,含银有更优异的过滤和杀菌效果等此外,多样的产品形态布、毡等也给工程应用和工艺设备的简化带来了很大便利虽然山于价格较高,目前主要用于气相吸附,但今后随着制造成本的降低,可以预期将逐步应用到液相吸附方面,因此很有必要在液相吸附方面作一些研究工作本文对从水中吸附低浓度三氯甲烷进行了初步探讨实验吸附剂及预处理选用四种活性炭纤维材料,,,和一种颗粒活性炭,以及一种粉末活性炭,共六种吸附剂吸附剂情况详见表吸附剂材料在实验前经过如下预处理将在蒸馏水中煮沸几小时,每换一次水,然后用大量蒸馏水冲洗,以除去其中的水溶性和挥发性杂质再放在℃电烘箱中烘干一昼夜,取出研碎,再烘干一夜,装人密闭容器中待用也经过与同样的预处理过程,包括煮沸、干燥和研碎只经烘干后便用于实验本文收到日期年月日第一作者女,年生,讲师同济大学学报第卷表吸附剂一览表吸附剂形态原料化学式比表面积·产地毛。〔一,。王。青醛酚胶沥粘纤维素、。。。化学公司大阪煤气公司复旦大学辽宁宏大化工厂河北核冗杏椰维维维维粒末纤纤纤颗粉纤样品配制三氯甲烷溶液用分析纯三氯甲烷配制,配制样品用水系再煮沸实验装置选用无色玻璃瓶,螺旋口瓶盖内衬硅胶垫以保的蒸馏水硅胶垫持气密性在瓶盖上钻几个直径为左右的小孔以便采样将和三氯甲烷溶液装人瓶中后,先在瓶口蒙上一层涤纶薄膜,再旋紧瓶盖,装置如图所示备好的样品瓶放人℃的恒温振荡器中进行静态吸附试验吸附速率测定在一系列样品瓶中各加人精确称量的和,每个样品瓶中加人三氯甲烷溶液,放人℃恒温振荡器中振荡,然后每隔一定时间取出一个样品瓶,用顶空法测定三氯甲烷浓度,直至瓶中三氯甲烷浓度不再变化为止派纶膜口“夕·口吸附质吸附剂划决山吸附等温线测定精确称量一研碎的和分别加人一系列装有,·一‘三氯甲烷的样品瓶中,立即用涤纶薄膜密封瓶口,并旋上瓶盖备好的样品瓶放人℃恒温振荡器中振荡,使瓶中物质很好混合对和吸附剂振荡反应时间分别是和吸附反应时问预先经过实验测定结果表明,对反应已足以达到平衡,而对为结果和讨论对三氯甲烷的吸附速率和对三氯甲烷的吸附速率实验结果如图所示对三氯甲烷吸附速率相当快,在反应的最初几分钟里就完成以二的吸附反应,反应后,三氯甲烷剩余浓度的变化就很小了!∀吸附三氯甲烷时达到平衡的时间可以认为在左右从图中还可看出,在几种吸附剂中,吸附三氯甲烷时剩余浓度最低,尽管初始浓度最高在达到吸附平衡时,吸附三氯甲烷的百分数为质量百分数,仅有质量百分数的三氯甲烷未被吸附吸附三氯甲烷时约在达到平衡,此时对三氯甲烷的吸附率为,液相中三氯甲烷剩余浓度仍有’一‘以上达到平衡的时间与差不第期安丽等采川活性炭纤维吸附水中三氯甲烷多,也在左右,但平衡时三氯甲烷浓度只有·‘,吸附效率,超过了从图看到,吸附三氯甲烷达到平衡的时间虽然也在左右,但三氯甲烷的剩余浓度在几种吸附剂中是最高的,为·一‘,吸附效率仅有吸附三氯甲烷时,浓度变化比较缓慢,大约在时才基本达到平衡平衡时三氯甲烷剩余浓度为·一’,吸附效率是可见,吸附三氯甲烷时,无论在平衡时问、吸附速率和吸附效率都优于其他几种和达到平衡的时间比几种都要长这是山于活性炭纤维与颗粒活性炭GAC和粉末活性炭PAC具有不同的微孔结构,即GAC,PAC有大孔、过渡孔和微孔之分,而ACF只有大量的微孔.因此ACF作为吸附剂时,三氯甲烷可直接在暴露于纤维表面的oJPACF(投量iomg,初始o.smg·L一‘)‘HD^eF(投量iomg,初始o.Zmg·L一’)一MxPAC(投量10mg,初始。.3mg·L一’)·DBAcF(投量10mg.初始。Zmg,L一’)△Fn^eF(投量lomg,初始。忍mg·L一’)通二_0.30.20.1Žl闷·助日\·”U至†d250t/min35D450图2CHCI:l吸附速率实验1111线微孔上吸附,不必经过大孔和过渡孔的扩散,可以较快地达到吸附平衡,吸附速率较快.而PAC作为吸附剂时,吸附质必须先经过大孔和过渡孔才能到达微孔被吸附,即使不考虑扩散阻力的影响,由于扩散路径比较长,所以PAC达到吸附平衡时间也比较长〔6〕.图2还显示出,四种ACF吸附三氯甲烷时,剩余浓度与ACF比表面积成反比,即比表面积越大,三氯甲烷剩余浓度越小.另外,吸附速率和平衡时间与ACF比表面积基本上成正卜匕.2.2吸附等温线吸附等温线测试数据采用Freundlich公式q一kp次c】』〔‘’拟合,实验结果见表2和图3.4一表2heundlieh公式对CHCI:吸附等温线实验数据的拟合结果ƒ”.笋妙。工\b„罗一吸附剂Freundxieh公式q一kp跟:,儿nrJPACF12625011.60540.9714DBACF8.2432X10一30.44610.9321FDACF18.45931.27650.9463HDACF2.4656X10一‘0.38730.9296XHGAC6.55770.8709C9637注:q为平衡时吸附量,(1J’mg·g一’);Pcllcl.为平衡时浓度(10一3mg·L一’):k,n为Freundlieh常数:r为相关系数.2109(户.e:/10一,gL一,)图3CHC13的吸附等温线(符号表,一图匀吸附等温线的斜率较小,或线型较平缓时,则单位质量的吸附剂所能吸附的吸附质在吸附等温线所指示的所有平衡浓度下的变化较小,说明不管平衡浓度如何,吸附剂与吸附质间都有较高的亲合力;而斜率较大的吸附等温线,表现出吸附剂的吸附容量对吸附平衡浓度的高度依赖性.图3中三氯甲烷的吸附等温线的斜率都较大,因此五种吸附剂对三氯甲烷的吸同济大学学报第24卷附量不同程度地与平衡浓度有关.平衡浓度变化导致JPACF和FDACF吸附量的变化较小,而HDACF吸附量的变化最大.可以看出,在相同的平衡浓度下,JPACF对三氯甲烷的吸附容量最大.几种吸附剂对三氯甲烷吸附量大小按序排列为JPACFXHGACFDA-CFDBACFHDACF.活性炭纤维从水溶液中的吸附过程显然是一种平衡反应,如果改变处于平衡状态的外界条件,平衡将向减弱这种改变的方向移动.对于ACF—水溶液体系,设固液界面的反应可表示为〔5」M+A#[AM〕。d,+QM为ACF表面的吸附中心,A为被吸附物质的分子,Q为吸附热,正反应为吸附,逆反应为脱附.如果增加ACF表面的吸附中心,即增加ACF的表面积,那么平衡将向减少ACF的吸附中心方向(吸附方向)移动;反之则平衡移动方向也相反.在本试验中,几种ACF对三氯甲烷的吸附量大小顺序与它们的比表面积大小是一致的.因此,考虑实际应用问题时,就可以有所选择.3结论根据以上ACF吸附水中三氯甲烷的初步实验结果,可以认为:(l)活性炭纤维对三氯甲烷的吸附速率快,达到平衡时间短,并且吸附效率高于PAC.(2)活性炭纤维对三氯甲烷的吸附量与其本身比表面积成正比.比表面积越大,则吸附容量越大.(3)对于实际应用时,比表面积是最重要选择指标之一参考文献2KanekoK,InouyeK.EffeetofheattreatmentinvaeuoontheN0adsorptionaetivityof以一FeOOH一disPersedaetivatedearbonfibers.Carbon,1986,24(6):772一7742StoeekliHF,Fra助iersM,HugueninS,etal.DynamieHg(了I)adsorptioneharaeterizationofironoxide一disPeredaetivatedearbonfibors.Carbon,1988,26(6):903~9163KanokoK,ImaiJ.AdsorptionofNO:onaetivatedearbonfibers.Carbon.1989,27(6):954~9554HallPG,GittinsPM,WinnJM,etal.SorptionofphosphinebyaetivatodearbonelothandtheeffeetsofimgregnationwithsilverandeoppernitratesandthePresoneeofwater.Carbon,1985,23(4):353一3715安丽.活性炭纤维(ACF)对水中卤代烃吸附作用和机理的研究:〔学位论文].上海:同济大学环境工程学院,19946RobertJHunter.Introduetiontomoderneolloidseienee.0xford:oxfordUniversityPress,1992.174一176AdsorPtionofCHC13fromAqueousSolutionontoACtivatedCsrbonFibersAnLiGuGuowei(SehoolofEnvirorunentEnginoering,Ton幻1University,Shanghai,200092)AbstraetAdsorptionofCHC13fromaqueoussolutionontoaetivatedearbon第2期安丽等:采用活性炭纤维吸附水中三氯甲烷193fibers(ACFs)15studiedinthisPaPer.TheresultsshowthatACFshavehigheradsorptionrateandshorterequilibriumtime,andtheadsorptioneapaeityofACF15direetlyProPortionaltothesPeeifiesurfaeeareawhenACFsadsorbtriehloromethane.KeywordsAetivatedearbonfiber;AdsorPtion;Triehloromethane;Aqueoussolution同济大学研制的“DT一W全自动高效污水处理装置”通过鉴定同济大学城市污染控制国家工程研究中心和浙江大普环保有限公司共同研制完成的“DT一W全自动高效污水处理装置”日前通过上海市科委组织、主持的技术鉴定.与会专家一致认为,该装置处理工艺先进,处理效果好,可用于生活污水处理,成果属国内领先水平.该装置是综合汇集了同济大学近几年承担的国家“八五”攻关课题和中德国家级合作项目:“城市污水处理厂污泥处理与处置技术的研究”、上海市科委重点课题:“城市污水生物除磷脱氮技术研究”和上海市自然科学基金项目:“电磁水处理技术研究”等课题研究中所取得的污泥浓缩和消化技术、生物接触氧化技术、氨氮硝化和反硝化技术、微电解灭菌技术等成果的基础上,研究设计制造出来的一代新产品.装置主要由澄清化泥池、多功能生物处理池、深度净化池及风机电气集装箱等四部分组成.并在传统的生物处理的基础上,融合了世界上最先进的利用悬浮颗粒生物载体进行生物过滤的技术.在深度净化池中进一步分离去除水中的污泥絮体,并进一步氧化多功能生物处理池出水中的COD、BOD、NH3一N等,充分保证出水达到标准;在消毒方面,可根据用户需要,采用氯片消毒和采用同济大学专利产品—低压微电解灭菌器,其性能卓越,运行方便,且不会产生不良的副作用.在澄清