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1、环 境 化 学第25卷 第3期Vol.25,No.32006年 5月ENVIRONMENTALCHEMISTRYMay 2006活性碳纤维在环境保护中的应用杨 骥 贾金平3 廖黎燕(上海交通大学环境科学与工程学院,上海,200240)摘 要 由于活性碳纤维的吸附面积大,可以作为固相微萃取的纤维用于对环境污染物质的分析检测,包括含硫和含氯的一些有机化合物.同时,活性碳纤维具有良好的导电性能,可以作为电极,能有效地去除环境中城市污水、燃料废水和腐植酸的污染.关键词 活性碳纤维,吸附,固相微萃取,电化学. 活性碳纤维(ACF)作为吸附材料,具有以下优点:(1)吸附性能好.具有大的比
2、表面积(1000—3000m2·g-1)和丰富的微孔,微孔的体积占总孔体积的90%以上,比一般活性炭(AC)具有更大的表面积和孔容积、外表面比AC大100倍以上、吸附容量约大1—10倍[1](其示意图见图1);(2)其微孔都在外表面上,所以ACF的吸附/脱附速度快;(3)ACF中的碳都以类石墨乱层状堆积而成,所以ACF具有良好的导电性能;(4)氧化还原性能强.活性碳纤维可将贵金属离子还原为低价离子或金属单质[1],还可催化还原如NOX和CO等无机气体.(5)对微生物具有良好的负载能力[1].正是由于ACF的优异特性与性能,本文对其在环境保护中的应用进行一些介绍.图1 活性碳纤维与颗
3、粒活性炭的结构示意模型Fig11 Schematicdiagramofstructureonactivedcarbonfiberandparticleactivedchar1 活性碳纤维的应用111 废水中污染物的去除 我国粘胶生产目前均使用CS2作为浆泊纤维的溶剂.采用活性碳纤维吸附法去除废水中的CS2,不仅简单易行,而且去除效率高. 活性碳纤维吸附是一个基于目标物质在样品及活性碳纤维中平衡分配的吸附过程.对于单组分的单相体系,例如,当系统达到平衡时,活性碳纤维所吸附的目标物质可由下式决定:n=(Kfs·Vf·C0·Vs)/(Kfs·Vf·+Vs)(1)式中,n为活性碳纤维吸
4、附目标物质的量;Kfs为目标物质在样品及活性碳纤维间的分配系数;Vf为活性碳纤维的体积;C0为目标物质的初始浓度;Vs为样品体积. 由上式可以看出,体系中的Kfs及Vf值是影响吸附能力的重要因素.当样品体积Vs>>Kfs·Vf时,式(1)可以近似为:n=C0·Kfs·Vf(2)
112 活性碳纤维作为固相微萃取中萃取纤维的应用 3通信作者,电话:021254742817,E2mail:jpjia@sjtu1edu1cn 274环 境 化 学25卷 固相微萃取技术是一项新型的无溶剂化环境样品处理技术[3,4].该方法解决了传统环境样品前处理技术中大量使用有机溶剂、处理时间长
5、、操作步骤多的缺点,成为当今环境分析化学的研究热点之一.作为萃取器核心功能部分,目前已有的萃取纤维多为涂有气相色谱固定液涂层的石英纤维,使用较多的涂层是非极性的聚二甲基硅氧烷和极性的聚丙稀酸酯以及聚乙二醇.利用现有涂层已经成功地从水样、大气、土壤样品中检出如BTEX(苯、甲苯、乙苯、二甲苯),PAHs,PCBs以及烃类、脂肪酸、卤代烃等多种有机污染物.尽管如此,目前对于纤维涂层的应用仍有一定局限性,如现有涂层不耐高温且容易老化,这就限制了解析温度范围.而且市售萃取器价格较贵,又限制了它的普遍使用.活性碳纤维吸附量大,耐热,耐酸,耐碱,吸附解吸特性好,尤其是低浓度吸附性能.ACF纤维
6、的使用既碳增加了吸附量,又增强了纤维的强度和使用寿命,经济实用,可作为涂层型的一种补充形式[5].11211 水中氯代有机物的检测[6—9] 采用活性碳纤维固相微萃取方法对饮用水中的有机氯代有机物,对水中包括α,β,γ2六氯环己烷异构体和六氯苯在内的17种有机氯农药进行分析检测.将活性碳纤维固相微萃取方法的萃取、富集、解吸集于一体,使用快速、简单并且试验结果重复性较好.为水中含氯污染质的检测提供了一种可能的测定方法.11212 油品中硫化物的检测 油品中的含硫化合物,因其结构类型不同,其性质和危害作用也不相同.因此,同时、快速、准确测定油品中的各类含硫化合物,对控制硫危害和确定
7、油品的质量有重要意义.活性碳纤维对含硫有机化合物吸附量大,因此,利用ACF固相微萃取方法与GC联用,快速简单,而且实现无溶剂进样,对环境污染小.吸附型活性碳纤维,与传统涂层型纤维相比除了增加吸附量和纤维强度外,还克服了
涂层型纤维浸在油中易发生溶涨效应的缺点.利用活性碳纤维固相微萃取器和GC2FPD联用,探讨了一种快速检测油品中多种含硫化合物的新方法,取得了良好的结果11213 酱油中苯甲酸及化妆品中甲醇的检测[11][10]. 对食品中的苯甲酸含量进行快速而方便的
