改性活性炭對(duì)水中硝酸鹽和磷酸鹽的吸附作用研究.pdf

1、硝酸鹽和磷酸鹽污染已成為全球關(guān)注的問題。水體中的硝酸鹽和磷酸鹽不僅是富營(yíng)養(yǎng)化的重要因素，在水體中的過量存在也嚴(yán)重危害到人體健康。因此，含硝酸鹽和磷酸鹽廢水排入水體之前對(duì)其進(jìn)行處理，對(duì)于控制水體中硝酸鹽和磷酸鹽濃度過高而言是非常重要的。活性炭作為一種傳統(tǒng)吸附劑在水處理中應(yīng)用廣泛，但活性炭本身對(duì)硝酸鹽和磷酸鹽幾乎沒有去除能力。本研究采用不同方法對(duì)活性炭進(jìn)行改性，制備了氯化十六烷基吡啶改性活性炭（CPC-AC）、十六烷基三甲基氯化銨改性活性炭

2、（CTAC-AC）、鑭-十六烷基三甲基氯化銨改性活性炭（La-CTAC-AC）和鋯-十六烷基三甲基氯化銨改性活性炭（Zr-CTAC-AC）這四種材料，考察了CPC-AC和CTAC-AC這兩種改性活性炭對(duì)水中硝酸鹽的吸附作用，考察了La-CTAC-AC和Zr-CTAC-AC這兩種改性活性炭對(duì)水中硝酸鹽和磷酸鹽的吸附作用，并探討了相關(guān)的吸附去除機(jī)制。
　　研究了氯化十六烷基吡啶（CPC）改性活性炭（CPC-AC）對(duì)水中硝酸鹽的吸附，結(jié)

3、果表明，CPC-AC對(duì)水中硝酸鹽的吸附能力明顯高于未改性的活性炭。CPC-AC對(duì)水中硝酸鹽的吸附能力隨著 CPC負(fù)載量的增加而增加。CPC-AC對(duì)水中硝酸鹽的吸附動(dòng)力學(xué)滿足準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型，吸附平衡數(shù)據(jù)可以較好地采用Langmuir等溫吸附模型加以描述。根據(jù) Langmuir等溫吸附方程，CPC負(fù)載量為444 mmol·kg-1（以活性炭計(jì)）的改性活性炭對(duì)水中硝酸鹽的最大單位吸附量為16.1 mg·g-1。CPC-AC對(duì)水中硝酸鹽的吸附

4、能力隨著pH的增加而降低。水中共存的Cl-、HCO3-和SO42-離子會(huì)抑制CPC-AC對(duì)水中硝酸鹽的吸附。升高反應(yīng)溫度略微降低了CPC-AC對(duì)水中硝酸鹽的吸附能力。采用1mol·L-1的NaCl溶液可以使95％左右吸附到 CPC-AC上的硝酸鹽解吸下來。CPC-AC吸附水中硝酸鹽的主要機(jī)制是陰離子交換和靜電吸引作用。
　　研究了十六烷基三甲基氯化銨（CTAC）改性活性炭（CTAC-AC）對(duì)水中硝酸鹽的吸附作用，結(jié)果表明，CTAC

5、-AC對(duì)水中硝酸鹽具備較好的吸附能力。CTAC-AC對(duì)水中硝酸鹽的吸附動(dòng)力學(xué)過程滿足準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型，吸附等溫線模型較好地符合Langmuir等溫模型。根據(jù)等溫吸附模型得到CTAC負(fù)載量為395 mmol·kg-1（以活性炭計(jì)）的改性活性炭對(duì)水中硝酸鹽的最大單位吸附量為11.8 mg·g-1。CTAC-AC對(duì)水中硝酸鹽的吸附能力隨pH的增大而減小。水中共存的Cl-、HCO3-和SO42-等陰離子會(huì)抑制CTAC-AC對(duì)硝酸鹽的吸附。用1m

6、ol·L-1的NaCl對(duì)吸附后的CTAC-AC進(jìn)行解吸，可以使90%吸附劑上的硝酸鹽解吸下來。CTAC-AC對(duì)硝酸鹽的吸附機(jī)制主要是陰離子交換和靜電吸引作用。
　　研究了鑭（La）和十六烷基三甲基氯化銨聯(lián)合改性活性炭（La-CTAC-AC）對(duì)水中硝酸鹽和磷酸鹽的吸附去除作用，結(jié)果表明 La-CTAC-AC對(duì)硝酸鹽和磷酸鹽具備一定的吸附去除能力。La-CTAC-AC對(duì)水中硝酸鹽和磷酸鹽的吸附動(dòng)力學(xué)過程符合準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型，吸附平衡數(shù)

7、據(jù)可以采用Langmuir、Freundlich和Dubinin-Radushkevich(D-R)等溫吸附模型加以描述。根據(jù)Langmuir等溫吸附模型計(jì)算得到La-CTAC-AC對(duì)硝酸鹽和磷酸鹽的最大吸附量分別為11.2 mg·g-1和4.15 mg·g-1。La-CTAC-AC對(duì)水中硝酸鹽的吸附能力隨pH值的增加而下降。當(dāng)pH由4增加到8時(shí)，La-CTAC-AC對(duì)水中磷酸鹽的吸附能力增加；當(dāng)pH超過8時(shí)，對(duì)磷酸鹽的吸附能力則下降。

8、水中共存的Cl-、HCO3-和SO42-等陰離子會(huì)抑制La-CTAC-AC對(duì)硝酸鹽和磷酸鹽的吸附。水中共存的磷酸鹽會(huì)抑制La-CTAC-AC對(duì)硝酸鹽的吸附，共存的硝酸鹽亦會(huì)抑制La-CTAC-AC對(duì)磷酸鹽的吸附。采用1 mol·L-1的NaCl溶液可以使97%吸附劑上的硝酸鹽解吸下來，采用1 mol·L-1 NaOH溶液可以使71%吸附劑上的磷酸鹽解吸下來。La-CTAC-AC對(duì)水中硝酸鹽的吸附機(jī)制主要是陰離子交換和靜電吸引作用，對(duì)磷酸

9、鹽的吸附機(jī)制主要是陰離子交換、靜電吸引、配位體交換作用和路易斯酸堿反應(yīng)。
　　研究了鋯（Zr）和十六烷基三甲基氯化銨聯(lián)合改性活性炭（Zr-CTAC-AC）對(duì)水中硝酸鹽和磷酸鹽的吸附去除作用，結(jié)果表明 Zr-CTAC-AC對(duì)水中硝酸鹽和磷酸鹽均具備較好的吸附去除能力。Zr-CTAC-AC對(duì)硝酸鹽和磷酸鹽吸附動(dòng)力學(xué)過程滿足準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型。Langmuir、Freundlich和Dubinin-Radushkevich(D-R)等溫吸

10、附模型均可以較好地描述 Zr-CTAC-AC對(duì)水中硝酸鹽的等溫吸附過程，Langmuir和D-R等溫吸附模型可以較好地描述Zr-CTAC-AC對(duì)水中磷酸鹽等溫吸附過程，通過Langmuir模型計(jì)算得到Zr-CTAC-AC對(duì)硝酸鹽和磷酸鹽的最大單位吸附量分別為7.58 mg·g-1和10.9mg·g-1。高的pH會(huì)抑制Zr-CTAC-AC對(duì)水中硝酸鹽和磷酸鹽的吸附。水中共存的Cl-、HCO3-和SO42-等陰離子均會(huì)抑制 Zr-CTAC-

11、AC對(duì)硝酸鹽和磷酸鹽的吸附，且對(duì)吸附硝酸鹽的抑制作用較強(qiáng)而對(duì)吸附磷酸鹽的抑制作用較弱。水中共存的磷酸鹽對(duì) Zr-CTAC-AC吸附硝酸鹽的抑制作用較強(qiáng)，而水中共存的硝酸鹽對(duì)Zr-CTAC-AC吸附磷酸鹽的抑制作用較弱。1 mol·L-1 NaCl溶液可以使90%左右被吸附到Zr-CTAC-AC表面上的硝酸鹽解吸下來。1 mol·L-1的NaOH溶液可以使78%左右被吸附到Zr-CTAC-AC表面上的磷酸鹽解吸下來。Zr-CTAC-AC對(duì)

12、硝酸鹽的吸附機(jī)制主要包括陰離子交換作用和靜電吸引作用，對(duì)磷酸鹽的吸附機(jī)制主要包括配位體交換作用、陰離子交換作用和靜電吸引作用。
　　上述結(jié)果說明，通過對(duì)活性炭進(jìn)行改性得到的CPC-AC、CTAC-AC對(duì)水中硝酸鹽有很好的去除能力，復(fù)合改性材料 La-CTAC-AC、Zr-CTAC-AC對(duì)水中硝酸鹽和磷酸鹽均有很好的去除能力。這四種材料均具有很高的再生利用率，可以使活性炭材料循環(huán)利用，經(jīng)濟(jì)有效。利用改性的活性炭材料預(yù)計(jì)可以有效去除廢