改性顆粒活性炭對水中溴酸根的吸附特性研究

更新時間：2014-03-11 11:06 來源：環境科學學報作者: 閱讀：1297

摘要：采用陽離子表面活性劑氯化十六烷基吡啶（CPC）改性顆粒活性炭以提高活性炭對溴酸根的吸附能力。通過小試研究了改性顆粒活性炭（GAC-CPC）對溴酸根的吸附特性，考察了BrO3-初始濃度、pH、共存陰離子等因素對吸附過程的影響。結果表明，CPC改性能顯著提高GAC對BrO3-的吸附能力，吸附量隨著初始濃度升高而增大；在堿性條件下GAC-CPC對BrO3-的吸附量減小；共存陰離子與BrO3-在GAC-CPC上存在競爭吸附，其影響順序為：NO3->SO42->PO43->CO32-。用準一級、準二級和顆粒內擴散動力學模型擬合GAC-CPC吸附BrO3-的動力學過程，結果表明，準二級動力學能更好的描述吸附過程，且孔擴散可能是改性GAC吸附BrO3-初始階段的主要速率控制因素。用Langmuir和Freundlich等溫吸附模型擬合不同溫度下BrO3-的吸附平衡過程。結果表明，Langmuir等溫吸附模型能很好的描述吸附平衡過程，GAC-CPC吸附BrO3-的過程是自發且放熱的，溫度升高不利于吸附。

關鍵詞：溴酸根，陽離子表面活性劑，顆粒活性炭，動力學，等溫模型，熱力學

溴酸鹽是臭氧氧化含溴原水產生的副產物（Ｋｒａｓｎｅｒｅｔａｌ．，１９９３）。美國環境保護署（ＵＳＥＰＡ）將溴酸鹽劃分為潛在致癌物，并規定最大容許濃度（ＭＣＬ）為１０μｇ·Ｌ－１（ＵＳＥＰＡ，１９９９），我國最新頒布實施的《生活飲用水衛生標準（ＧＢ５７４９—２００６）》將溴酸根列入常規水質檢查指標，并規定限值為１０μｇ·Ｌ－１。

溴酸根在環境中性質穩定，不易分解，一旦形成通過常規工藝去除的難度大。目前減少溴酸根的方法主要有３類，即去除前體物溴離子、控制溴酸根的生成以及溴酸根的去除。控制溴酸根的生成主要從溴酸根的產生途徑控制其生成，包括調節原水ｐＨ，投加硫酸銨，投加Ｈ２Ｏ２，減少臭氧投加量，改進臭氧接觸方式等（Ｍａｒｈａｂａｅｔａｌ．，２００３）。這些方式在生產實踐中成本較高，可操作性差，同時可能對臭氧氧化效果有降低作用。溴酸根去除措施有Ｆｅ（０）還原（Ｗａｎｇｅｔａｌ．，２００９）、離子交換（Ｗｉｓ′ｎｉｅｗｓｋｉｅｔａｌ．，２０１０）、膜技術（Ｌｉｓｔｉａｒｉｎｉｅｔａｌ．，２０１０）、生物降解（Ｄａｖｉｄｓｏｎ，ｅｔａｌ．，２０１１）、活性炭吸附還原（Ｗａｎｇｅｔａｌ．，２０１０）、新型吸附劑吸附（Ｚｈｏｎｇｅｔａｌ．，２０１３；Ｈｅｅｔａｌ．，２０１２；Ｘｕｅｔａｌ．，２０１２；Ｂｈａｔｎａｇａｒｅｔａｌ．，２０１２）等。其中活性炭吸附工藝以其構造簡單、成本低廉、易于操作等優勢受到廣泛關注，但活性炭對溴酸根的吸附性能還有待提高。研究表明，活性炭的物理化學性質對其吸附溴酸根有較大影響，活性炭表面堿性官能團含量大、等電點高有利于溴酸根的吸附（Ｈｕａｎｇｅｔａｌ．，２００８）。表面活性劑可以改變活性炭表面電荷特性，利用表面活性劑改性活性炭以提高其高氯酸根吸附能力的研究國內外已有報道（Ｘｕｅｔａｌ．，２０１１；Ｐａｒｅｔｔｅｅｔａｌ．，２００５），如利用陽離子表面活性劑化十六烷基三甲基氯化銨（ＣＴＡＣ）改性后，高氯酸根飽和吸附容量提高１．１倍以上（Ｘｕｅｔａｌ．，２０１１），但是利用表面活性劑改性活性炭吸附溴酸根的研究較少，不同文獻報道的去除效果差別較大（Ｃｈｅｎｅｔａｌ．，２０１２；Ｆａｒｏｏｑｅｔａｌ．，２０１２）。本文介紹了陽離子表面活性劑氯化十六烷基吡啶改性顆粒活性炭的方法及改性顆粒活性炭去除ＢｒＯ－３的特性，包括初始濃度、ｐＨ、共存離子等因素的影響，并進行吸附動力學和熱力學分析，初步探討了改性顆粒活性炭去除溴酸根的機理。

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