活性炭理化特性对饮用水中有机物吸附特性的影响研究

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1、活性炭理化特性对饮用水中有机物吸附特性的影响研究(申请清华大学工学硕士学位论文)培养单位：环境学院学科：土木工程研究生：王春芳指导教师:刘文君教授二○一五年六月TheEffectofPhysicalandChemicalCharacteristicsofActivatedCarbonontheAdsorptionofTypicalOrganicMatterinDrinkingWaterThesisSubmittedtoTsinghuaUniversityinpartialfulfillmentoftherequirementforthedegreeofMasterofSciencein

2、CivilEngineeringbyWangChunFangThesisSupervisor:ProfessorLiuWenjun:June,2015摘要摘要活性炭吸附是去除饮用水中有机污染物的有效技术。本研究选取了阿特拉津、二氯乙酸和三氯乙酸这3种典型的难降解有机物，采用2种自制的竹质活性炭和5种煤质商品活性炭分别在超纯水和实际水体配水条件下对其进行吸附试验，考察活性炭的理化结构对吸附特性的影响以及实际水体有机物与目标有机物在活性炭上的竞争吸附机理，并结合分子量分级和三维荧光光谱等表征手段，探究活性炭对实际水体中不同分子量及不同组分的有机物的去除特性以及活性炭结构对去除的影响。期望对

3、竹质炭的应用发展提出技术支持并对选炭标准提出理论依据。7种活性炭均以微孔为主，平均孔径集中在2.2-2.6nm之间，孔径分布主要在0.4-4.5nm区间内，分布范围较窄。活性炭含有C、H、O、N等元素，O原子造成表面含有羧基、内酯基、酚羟基等酸性含氧官能团；7种活性炭的pHpzc均大于7，呈碱性特质。从理化结构看，2种竹质炭具有最发达的孔隙结构和最丰富的官能团。超纯水配水条件下，7种活性炭对目标有机物均有很好的去除效果，吸附等温线均能用Freundlich和修正的Freundlich模型很好的拟合。活性炭对3种物质的吸附量大小为：阿特拉津>三氯乙酸>二氯乙酸，对同一有机物，活性炭去除效

4、果为：##竹基柱状炭>压块柱状炭>竹片破碎炭>原煤破碎炭>神华2炭>神华1炭>JC炭。活性炭物理特性中的微孔比表面积、微孔容积和总比表面积是影响吸附特性的关键因素，化学特性对吸附影响不大。采用怀柔水配水，活性炭对目标有机物的吸附等温线能用Freundlich等温线很好的拟合，但吸附量相对于纯水大幅度降低，顺序为：超纯水>怀柔水—同时负载水体有机物和目标有机物>怀柔水—先负载水体有机物后负载目标有机物，表明竞争吸附的存在。这是由于水体中小分子有机物与目标有机物直接竞争吸附位点以及大分子有机物堵塞微小孔隙造成。通过分子量分级结果可知，活性炭对水体中小分子有机物有很好的去除效果，活性炭对50

5、0-1000Da之间有机物的吸附差异是由微孔和中孔共同作用的结果；对100-500Da之间有机物的吸附差异是由微孔发达程度决定的；<100Da的有机物在较低炭浓度下不易被吸附，但在较高炭浓度下，吸附位点充足，有一定的去除率。通过三维荧光结果表明，活性炭对水体DOM各组分具有一定选择性，去除效果为：微生物代谢产物>腐殖酸>酪氨酸>紫外区富里酸>可见区富里酸>色氨酸，且吸附是活性炭物理特性和化学特性共同作用的结果。关键词：活性炭；吸附特性；理化结构；有机污染物；饮用水IAbstractAbstractAdsorptionbyactivatedcarbonisaneffectivetechn

6、ologyforremovingorganicpollutantsfromdrinkingwater.Inthispaper,weselectthreekindsoftypicalorganicmatters-atrazine,dichloroaceticacidandtrichloroaceticacidandstudytheadsorptioncharacteristicsoftheorganicsbytwobamboo-madeactivatedcarbonsandfivecoal-madeactivatedcarbonsinbothnaturalwaterandpuritywa

7、ter.Onthisbasis,wecanexploretheeffectofphysicalandchemicalcharacteristicsofactivatedcarbonontheadsorptionandcompetitiveadsorptionbetweenorganicsfromnaturalwaterandtargetorganics.Wealsousethetechnologyofmolecularweightdistrib