活性炭去除水中余氯的分析(宋伟)

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1、1`活性炭去除水中余氯的分析宋伟湖南城建职业技术学院，湘潭摘要：通过对5种不同活性炭的去除余氯量实验、余氯穿透实验以及化学反应产物Cl-的质量平衡数据,探讨了活性炭去除余氯的性能和机制。活性炭去除余氯是吸附与化学反应共同作用的结果。活性炭与水中余氯接触后的初期,去除余氯以吸附作用为主;达到吸附平衡后,余氯浓度继续下降则是由于化学反应的作用。接触时间越长、余氯初始浓度越高、pH较低,活性炭去除余氯量越大。由Cl-的生成量可以确定化学反应去除余氯量是余氯总去除量的一部分;接触时间越长,活性炭剂量越大,化学反应去除余氯量占余氯总去除量的比例越高。使用粒径<180目活性炭进行余氯去除实验,吸附容

2、量在1～2h即达到饱和。活性炭对余氯吸附量(2h的余氯去除量)的大小与其苯酚值排行相同。苯酚值及碘值较高的煤质炭与余氯有较强的化学反应,果壳炭其次,而椰壳炭的化学性相对稳定。关键词：　活性炭　余氯　去除　物理吸附　化学反应1.前言　水中氯的来源主要是自来水厂或污水处理厂出水中加氯杀灭微生物后的剩余氯。水中余氯会对饮用水口感[1]、人体健康[2]、食品饮料品质、离子交换和膜分离技术设备[3]28-29,[4,5]以及水生生物造成影响和危害。去除水中余氯主要有化学还原和活性炭处理两种方法[7],[8]2635。活性炭法具有去除效率高、不产生二次污染、能同时去除水中有机物的特点,因此常用于大规

3、模去氯工艺。关于活性炭去除余氯原理,文献[9]认为活性炭中有一种活性很强的自由基,能与余氯发生如下反应:HClO+C*→C*O+Cl-+H+(1)OCl-+C*→C*O+Cl-(2)式中:C*为活性炭自由基;C*O为表面氧化物。黄建东等[3]29和闻瑞梅等[7]则强调了活性炭的催化作用,认为在活性炭的作用下HClO分解生成了新生态氧([O]),继而将碳氧化,反应如下:HClO活性炭HClO活性炭Cl-+H++[O](3)2[O]+C—CO2↑(4)活性炭的脱氯性能主要以去除量和去除速率表征[8]。本文着重对活性炭去除水中余氯量进行了实验研究蒸汽,主要目的为:(1)观测不同材质活性炭对

4、余氯的去除能力;(2)探讨不同材质活性炭与余氯的化学反应性能;(3)研究活性炭与余氯接触时间(简称接触时间)、余氯初始浓度、溶液初始pH、活性炭材质等因素对余氯去除的影响;(4)分析Cl-生成量和活性炭剂量及余氯去除量的关系,印证活性炭去除余氯机制;(5)进行穿透实验,比较不同材质活性炭对余氯的去除能力。2　材料与方法2.1　材料与仪器　　5种国产商品活性炭:3种不同活化程度的煤质炭(Ⅰ～Ⅲ);果壳炭和椰壳炭各1种。商品活性炭经粉碎、筛选、洗净、烘干待用。表1为表征活炭对不同大小分子的吸附性能及表面化学性质的4项指标值。苯酚值体现活性炭内孔径小于1.0nm微孔的发达程度及表面氧化情况,可

5、表征活性炭对于小分子芳环类和极性化合物的吸附能力;碘值体现活性炭内孔径1.0～1.5nm微孔的发达程度与比表面积大小;甲基蓝值则代表活性炭内孔径为1.5～2.8nm的微孔和小中孔发达程度;丹宁酸值代表活性炭内孔径大于2.8nm左右的中孔数量[9]432，[14]。表1　活性炭吸附性能指标信息mg/g活性炭种类苯酚值1)碘值2)甲基蓝值3)丹宁酸值4)煤质炭Ⅰ81.0111431342.3果壳炭111.01033307105.0椰壳炭131.099916413.2煤质炭Ⅱ74.69022048.1煤质炭Ⅲ61.9543<15033.3　　注:1)在平衡质量浓度为20mg/L的苯酚溶液中,1

6、g活性炭吸附的苯酚量,mg/g;2)在平衡摩尔浓度为0.02mol/L的碘溶液中,1g活性炭吸附的碘量,mg/g;3)在平衡质量浓度为1mg/L的甲基蓝溶液中,1g活性炭吸附的甲基蓝量,mg/g;4)在平衡质量浓度为2mg/L的丹宁酸溶液中,1g活性炭吸附的丹宁酸量,mg/g。次氯酸钠溶液,化学纯,活性氯≥5.2%(质量分数);游离碱,7.8%～8.0%(以NaOH计,质量分数);N,N2二乙基21,42苯二胺硫酸盐(DPD);硝酸银(分析纯)。UV2000紫外分光光度计;PHS23E型数字酸度计;4041/KSM2型电动咖啡研磨机(美国BrAun);头尾旋转摇床(5～15转/min,自

7、制);ES2B10型计量泵;BSZ2160改进型自动采样器。2.2　余氯溶液配制用去离子水稀释次氯酸钠溶液作为余氯储备液。余氯使用液(2～15mg/L,以Cl2计,下同):用去离子水稀释余氯储备液,用稀H2SO4调节溶液pH至6.5～7.0,测定余氯浓度,以此作为实验用余氯溶液。余氯储备液和余氯使用液配制后尽快使用。余氯采用DPD光度法测定[11]177-179。2.3　去除量实验　　将20mg活性炭(粒径<180目)加入100mL