表面改性活性炭吸附酚類內分泌干擾物的性能與機理研究.pdf

1、近年來，內分泌干擾物污染問題已引起人們的廣泛關注，特別是在飲用水中也檢測到了內分泌干擾物質的存在，采用活性炭吸附技術去除水中有機污染物已被認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與其對特定污染物吸附能力之間的關系，為實際應用提供理論依據(jù)勢在必行。
　　本文選擇兩種活性炭 W20(木質炭)和F20(煤質炭)，通過改性處理獲得具有不同表面物化性質的活性炭，選用雙酚 A(BPA)為內分泌干擾物的代表污染物，圍繞目

2、標物吸附能力與活性炭表面性質關系這一關鍵問題，詳細地研究了 BPA在活性炭表面的吸附行為和機理，同時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松花江原水和砂濾水中酚類內分泌干擾物的吸附情況。
　　改性處理改變了活性炭的物理結構和表面化學性質，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含量，降低了等電點值；高溫H2與N2還原處理對活性炭結構的改變很大程度上受炭材質與改性溫度影響，并

3、且改性處理后降低了表面酸性含氧官能團含量，增加了活性炭的等電點值；HCl和NaOH改性處理對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值，而后者恰恰相反。此外，各種改性過程對活性炭上的灰份含量改變趨勢各不相同。
　　BPA在吸附過程中主要由液膜傳質和孔內擴散兩個過程控制，吸附行為假二級動力學吸附。進一步研究結果表明，BPA在活性炭上的吸附(HNO3氧化改性為 Freundlich吸附)為 Langmuir吸附，但吸附質分

4、子并未將整個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，最大吸附量僅為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程，并且以平伏形式吸附于炭表面；溶液 pH值通過控制吸附質與吸附劑表面所帶的電荷明顯地影響活性炭對BPA的吸附能力，在pH=11時，強化的靜電斥力導致W20與W20N

5、表現(xiàn)出了最差的BPA吸附能力；溶液的離子強度也通過占據(jù)活性位、產生電荷屏蔽和鹽析效應影響著目標物在活性炭上的吸附；此外，單寧酸的存在能夠通過直接競爭吸附位、改變活性炭表面化學性質(如：等電點)和降低活性炭可利用的孔體積，而減少活性炭對BPA的吸附能力。
　　機理分析結果表明，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的含量(特

6、別是羧酸基團)，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)，將會對BPA表現(xiàn)出最好的吸附能力。
　　最后，在實際水體中酚類內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物和其它有機物由于競爭吸附和孔阻塞降低了活性炭的吸附能力。因此，在實際水處理過程中，選用具有較多中孔結構的活性炭，能夠提高處理過程效率，