活性炭從鹽水中去除菲

活性炭從鹽水中去除菲，活性炭用于從淡水和鹽水系統中去除有機化合物。鹽度對具有活性炭等孔隙的吸附劑吸附有機化合物的影響尚不清楚。菲的吸附平衡和動力學實驗在目前的工作中進行。使用顆粒活性炭床模型來證明在不同的菲初始濃度下鹽度對穿透曲線的影響。在相對于菲溶解度濃度(200-50μg/ L)高的情況下，鹽水中的吸附比淡水溶液中的高。在相對于菲溶解度濃度(3μg/ L)低的情況下，鹽水中的吸附比淡水溶液中的低。當菲在低相對濃度(<10μg/ L)下存在時，活性炭從鹽水中去除菲的效率低于淡水溶液中的效率。

活性炭傳統上用于水和廢水處理，最近，各種環(huán)境工程應用已被提出用于這種材料。使用原位法降低水平衡濃度，半滲透膜裝置吸收，仿生工具和通量覆蓋水。3.4%的活性炭通過多毛類，雙足類和蛤降低了所選有機物的生物積累。交流的有效性也在海水和具有高吸附性沉積物的系統中進行測試。在這項研究中，添加2重量%活性炭將菲水濃度降低2個數量級。與純活性炭相比，在存在沉積物的情況下活性炭的有效性降低6倍。這些應用解決了海洋環(huán)境中的問題，并且它們的有效性在鹽水解決方案中進行了測試。然而，有限的研究實際上研究了對活性炭的吸附行為的鹽度效應。鹽度降低了水相中非極性有機化合物的活度系數。同樣，鹽度預計會增加這些化合物的吸附系數。對于多環(huán)芳烴和海水，預計鹽的存在會使吸附分配系數增加約1.5倍。然而，這種方法并沒有考慮活性炭中發(fā)現的異質性吸附。對于具有增加的疏水性的化合物，活性炭上的吸附增加，并通過純的孔隙填充模型充分描述。目前研究的假設是鹽度事實上對吸附機制有影響。由于鹽度降低了水溶性，因此增加了某種化合物的疏水性，預計會增加吸附能力。另一方面，活性炭孔內離子的存在預計會減少孔隙填充機制。

用于動力學實驗的0.25毫米篩分并粉碎以用于吸附平衡實驗。該特定活性炭樣品的有機碳含量為0.77 。將菲溶解在甲醇中的1000mg / L原液中。在合成淡水(含44mg / L CaCl2.2H2O，14mg / L CaSO4和17mg / L NaHCO3)和合成鹽水(含31g / L NaCl)中制備用于分批研究的溶液，10g / L MgSO 4·7H 2 O，0.04g / L NaHCO 3)并加入甲醇儲備溶液。以200mg / L的濃度添加疊氮化鈉(NaN3)以使批量研究期間的細菌生長最小化并因此生物降解。盡管該劑量的疊氮化鈉增加并控制了合成FW的鹽度，但與合成鹽水(g / L)相比，合成的淡水溶液表現出顯著較低的鹽度(mg / L)。所有的吸附平衡和動力學實驗一式三份地在120mL具有特氟龍涂層隔膜的琥珀色玻璃瓶中進行。對于研究平衡吸附的實驗，隨時間監(jiān)測選定樣品的溶質含水濃度。一旦在含水濃度中隨時間觀察不到可測量的差異，則取所有樣品的平衡測量值。對于動力學實驗，最初的菲濃度為100μg/ L。將瓶子在室溫下(約23℃)在黑暗中儲存并定期搖動(第一周一天一次，然后每周一次)。沒有發(fā)現振動是必要的，因為外部擴散不會限制諸如活性炭的材料內部擴散非常緩慢。菲的水相擴散率為5.8×10 -6 cm 2 / s，這比測量的粒子內擴散率大至少四個數量級。在不同的時間間隔(即1,3,5,8,15,35,53,76,102天)進行測量。

圖1：活性炭吸附菲等溫線(qe：每單位質量固體吸附的溶質質量，Ce：平衡溶質濃度; FW：淡水; SW：鹽水)。

這次實驗目的是比較淡水和鹽水中活性炭去除菲的結果，因此不考慮來自水中其他有機化合物的競爭(使用3.72的表面/孔擴散流量比值，典型值為蒸餾水)。該通量比反映了與活性炭的內孔相比，目標化合物在活性炭顆粒的表面空隙中擴散的情況。當目標化合物在其他競爭化合物或天然有機物質的存在下被吸附時，將使用較低的值(例如0.4)。介紹了菲和活性炭在淡水和鹽水合成溶液中的吸附等溫線。兩個等溫線都是非線性的。Freundlich模型符合數據，但它不是鹽水等溫線的最佳模型。它用于目前的工作中，以便將結果與之前的研究進行比較，并且為了使用用于活性炭床模型的Freundlich常數。在圖1中，鹽濃度增加接近水溶性的菲的吸附(在Ce =180μg/ L時，qe從1.9E + 8增加到2.2E + 8; + 15%)，但是這種增加隨著菲濃度的降低而降低。在菲濃度約10μg/ L以下時，當溶液中存在鹽時，吸附減少(qe從6.0E + 7降至5.4E + 7; - 10%)。對于淡水實驗，Vo計算的中孔體積的47%被測量為470-490cm3 / kg 。基于Freundlich模型，Kfr表示為每孔活性炭孔體積的菲吸附量等于52%。

圖2：活性炭樣品吸附菲的時間。兩個不同的粒子直徑記錄(活性炭:2毫米，活性炭:0.25-0.06毫米)。

在這項工作中使用的活性炭樣品的孔隙體積。因此，不可能確定觀察到的低吸附能力的原因是活性炭樣品的鹽度和低濃度范圍的組合還是低孔隙度。這兩個解釋似乎都不能解釋這個10倍的差異。對于Vo增加的材料，非線性也增加。在目前的鹽水解決方案研究中，與淡水結果相比，整體Vo增加但非線性降低。這表明雖然總體吸附由于疏水性增加而增加，但一些吸附位點(孔內)由于鹽的存在而被消除。圖2顯示了通過顆粒活性炭床吸附菲的模擬結果。所測試的兩個變量是(a)水溶液中存在改變Freundlich吸附常數的鹽和(b)最初的菲濃度。在菲的初始濃度接近溶解度(例如1 mg / L)時，鹽水溶液(1900 d)完全穿透的時間幾乎是淡水的兩倍。隨著初始濃度降低，淡水和鹽水突破之間的差異也減小。在相對于溶解度初始濃度值(例如1μg/ L)低的情況下，鹽水溶液中的突破早于FW溶液中觀察到。鹽水解決方案(1900 d)完成突破的時間幾乎是FW(1100 d)的兩倍。隨著初始濃度降低，淡水和鹽水突破之間的差異也減小。在相對于溶解度初始濃度值(例如1μg/ L)低的情況下，SW溶液中的突破早于FW溶液中觀察到。SW解決方案完成突破的時間幾乎是FW的兩倍。隨著初始濃度降低，FW和SW突破之間的差異也減小。在相對于溶解度初始濃度值(例如1μg/ L)低的情況下，SW溶液中的突破早于FW溶液中觀察到。

使用活性炭去除水溶液中的菲，本工作最重要的結論如下：1、在相對于菲溶解度濃度(200-50μg/ L)高的情況下，鹽水增加活性炭吸附量。2、相對于菲溶解度濃度(3-10μg/ L)，相對于淡水，活性炭吸附減少且吸附吸收低于鹽水。模擬菲流過顆粒活性炭床的結果與吸附動力學結果非常吻合。當菲在低相對濃度(<10μg/ L)存在時，活性炭從鹽水中除去菲的效率低于淡水溶液。