活性炭纤维吸附饮用水中卤乙酸的研究

论文摘要

活性炭纤维（Activated Carbon Fiber，简称ACF）是一种新型高效吸附剂，对各种无机物和有机气体、水溶液中的有机物及重金属离子等具有较大的吸附量和较快的吸附速率，且容易再生。饮用水加氯消毒法作为饮水安全的重要手段而广泛应用，但氯化消毒产生的消毒副产物（DBPs），却使饮用水的致癌风险明显增加，而卤乙酸（HAAs）的浓度是控制消毒副产物的总致癌风险的首要指标参数。因此，针对饮用水中的卤乙酸，本文重点进行ACF去除卤乙酸特性的研究。本论文以水中存在的ppb级有毒致癌有机物二氯乙酸（DCAN）和三氯乙酸（TCAA）作为吸附质，采用ACF吸附材料研究其液相吸附作用和机理。主要研究ACF吸附动力学、吸附理论模型和反应条件如pH值、初始浓度和干扰物质对吸附过程的影响；并对ACF进行改性，研究改性后ACF的吸附效果；同时对ACF的再生效果进行研究。在大量实验数据的基础上，对实验现象进行机理解释。研究结果表明，在静态实验中，采用修正的FreLmdlich方程拟合ACF对HAAs的吸附等温线效果最佳，ACF的吸附量大小与ACF比表面积大小成正比，而其表面含氧官能团的多少并不是影响卤乙酸吸附能力的主要因素；ACF对DCAA和TCAA的吸附能力明显优于GAC，且ACF吸附TCAA的能力大于DCAA；ACF对卤乙酸的吸附能力受初始浓度、pH和干扰物质的影响。在动态实验中，流速对穿透时间，饱和吸附量等有明显的影响，当流速V=18m1／min时，ACF对DCAA的穿透吸附量和饱和吸附量均达到最大，分别为353．4μg／g和466．1μg／g；干扰物质对穿透时间Tb、穿透吸附量qb和饱和吸附量qc也有明显的影响，在多基质条件下，穿透时间明显提前，ACF对DCAA和TCAA的穿透吸附量相比单基质条件下分别降低了50％和35％左右。ACF的改性实验表明，经负载一微波处理后的ACF对：DCAA、TCAA的饱和吸附量最高，经硝酸处理、碱液处理、微波处理后的ACF的吸附容量比未改性前有较大的下降，表明这四种改性方法并不适合于对DCAA、TCAA的吸附。负载一微波改性ACF的最佳条件为：微波功率250W，溶液配比Fe3+：Fe2+＝3：2。在这一条件下，改性ACF对DCAA、TCAA的吸附容量分别提高22．0％、6．2％。ACF的再生实验表明，微波再生中，DCAA、TCAA有明显的炭化现象，且TCAA的炭化现象明显大于DCAA；碱法再生中，TCAA在活性炭纤维上的脱附要比DC从困难得多，实验采用1％NaOH溶液作为最佳再生处理方法。动态实验条件下，碱法再生后ACF对DCAA的吸附效果显著下降，DCAA的再生效率仅仅为21．6％，TCAA的再生效率也只有46％。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 概况
• 1.1.1 活性炭纤维的制备及性质
• 1.1.2 ACF及改性ACF在饮用水处理中的应用
• 1.1.3 卤乙酸的性质
• 1.2 卤乙酸的去除方法研究进展
• 1.2.1 常规工艺去除饮用水中卤乙酸
• 1.2.2 化学氧化去除饮用水中卤乙酸
• 1.2.3 生物氧化去除饮用水中卤乙酸
• 1.2.4 活性炭吸附去除饮用水中卤乙酸
• 1.2.5 其他去除卤乙酸技术的研究
• 1.3 本课题研究的背景、目的与意义
• 1.3.1 本课题研究的背景
• 1.3.2 本课题研究的目的与意义
• 第2章 研究的主要内容、技术路线和研究方法
• 2.1 主要研究内容
• 2.1.1 活性炭纤维的选择
• 2.1.2 改性活性炭纤维去除饮用水中卤乙酸等微量污染物质的研究
• 2.2 技术路线
• 2.3 研究方法
• 第3章 活性炭纤维吸附水中卤乙酸实验研究
• 3.1 卤乙酸分析方法建立
• 3.1.1 概述
• 3.1.2 实验部分
• 3.1.3 结果与讨论
• 3.2 活性炭纤维的选择
• 3.3 活性炭纤维吸附卤乙酸的等温线和去除效果
• 3.3.1 吸附机理
• 3.3.2 在单底质条件下ACF对卤乙酸的吸附等温线
• 3.3.3 在单底质条件下ACF对卤乙酸的去除效果
• 3.4 活性炭纤维的动力学研究
• 3.4.1 吸附速率的测定
• i的计算'>3.4.2 ACF内有效扩散系数D'_i的计算
• 3.5 活性炭纤维吸附卤乙酸的影响因素
• 3.5.1 初始浓度对ACF吸附卤乙酸的影响
• 3.5.2 pH值对ACF吸附卤乙酸的影响
• 3.5.3 干扰物质对ACF吸附卤乙酸的影响
• 3.6 固定床吸附
• 3.6.1 活性炭纤维的动态吸附效果
• 3.6.2 动态吸附影响因素
• 3.7 吸附机理实验分析
• 3.7.1 活性炭纤维对水源水中有机物分子量吸附的选择
• 3.7.2 活性炭纤维表面含氧官能团的影响
• 3.8 本章小结
• 第4章 活性炭纤维的改性
• 4.1 活性炭纤维改性原理
• 4.2 活性炭纤维改性方法和改性试验
• 4.3 改性活性炭纤维吸附卤乙酸的特性试验
• 4.4 本章小结
• 第5章 活性炭纤维的再生
• 5.1 实验方法
• 5.2 实验结果与分析
• 5.2.1 微波再生活性炭纤维
• 5.2.2 碱法再生活性炭纤维的理论分析
• 5.2.3 碱浓度对再生效率的影响
• 5.2.4 活性炭纤维微波再生与碱法再生的比较
• 5.2.5 固定床的再生
• 5.3 本章小结
• 第6章 结论与建议
• 6.1 结论
• 6.2 建议
• 致谢
• 参考文献
• 个人简历 在读期间发表的学术论文与研究成果