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椰壳活性炭的吸附催化作用

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椰壳活性炭的吸附催化作用

发布日期:2016-03-02 00:00 来源:http://www.yyyide.cn 点击:

  以椰壳活性炭为吸附剂进行了模拟水样中的N-DBP前体物———天冬氨酸的吸附去除实验,考察了吸附时间和溶液pH对吸附效果的影响,分析了吸附等温线、吸附动力学特征以及吸附热力学相关参数。

  实验结果表明,在不同的投加量下,椰壳活性炭对DON的吸附均在180min时达到平衡;升高或降低水样的pH会使吸附量显著下降;椰壳活性炭对天冬氨酸的吸附过程符合准二级动力学方程和Langmuir方程(R2>0.99);膜扩散及内扩散阶段为吸附的控制阶段;在303K的温度下,椰壳活性炭对天冬氨酸的最大吸附量为8.33mg/g。对热力学结果的分析表明,该吸附反应是放热反应,在常温常压下不能自发反应。

  溶解性有机氮(DON)是原水中溶解性有机物(DOM)和溶解性总氮(TDN)的重要组成部分。在饮用水生产过程中,氯化消毒极易使DON反应生成具有强“三致”作用的含氮消毒副产物(N-DB-Ps),包括卤代硝基甲烷(HNMs)、卤代乙腈(HANs)、亚硝胺等,严重影响饮用水安全,已受到越来越多的关注。由于这些副产物的前体物主要由NH类、氨基类、腈类、嘌呤、嘧啶、硝基化合物等组成,种类多、亲水性强且分子质量小等,一般不易在常规给水处理工艺中被去除。

  Lee等、刘冰等、李伟等、刘成等的研究表明,在给水处理的常规混凝沉淀工艺中,DON的去除率只能维持在15%~20%左右,且主要去除的是相对分子质量大的DON,而相对低分子质量的DON去除却很少。活性炭作为一种应用广泛的吸附剂,具有工艺简单,操作方便的优点,对小分子有机物的吸附较为有效。

  氨基酸是饮用水原水中有机氮的重要组分,且氨基酸是水中小分子DON的典型代表,Shan等对含天冬氨酸在内的12种有机氮化合物进行了氯化及氯化臭氧实验后发现,天冬氨酸在2种情况下均会产生一定量的HNMs。而王超等的研究也表明,在20种基本氨基酸中,经氯消毒后天冬氨酸的卤乙酸和卤乙腈生成潜能均高于其他种类氨基酸。

  鉴于此,本研究选取天冬氨酸配置含小分子DON的模拟原水,采用椰壳活性炭作为吸附剂,通过实验来考察其对模拟水样中DON的吸附性能,分析pH和吸附时间对吸附性能的影响,并通过吸附动力学、吸附等温平衡以及吸附热力学实验,分析其吸附机理,旨在为有效去除饮用水中的DON提供理论依据。

椰壳活性炭在许多吸附过程中伴有催化反应,表现出催化剂的活性。例如活性炭吸附二氧化硫经催化氧化变成三氧化硫。由于活性炭滤料有特异的表面含氧化合物或络合物的存在,对多种反应具有催化剂的活性,例如使氯气和一氧化碳生成光气。

  由于活性炭滤料和载持物之间会形成络合物,这种络合物催化剂使催化活性大增,例如载持钯盐的椰壳活性炭,即使没有铜盐的催化剂存在,烯烃的氧化反应也能催化进行,而且速度快、选择性高。

  由于椰壳活性炭具有发达的细孔结构、巨大的内表面积和很好的耐热性、耐酸性、耐碱性,可作为催化剂的载体。例如,有机化学中加氢、脱氢环化、异构化等的反应中,活性炭是铂、钯催化剂的优良载体。


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