阳离子聚合物改性活性炭用于去除饮用水中的典型无机含氧阴离子的改性和吸附机理研究

本研究旨在利用阳离子聚合物对活性炭进行改性，以加强其对饮用水中的典型无机含氧阴离子（铬酸盐，溴酸盐，高氯酸盐，砷酸盐，亚砷酸盐）的去除能力。首先将借助孔径分布、活性炭表面化学、XRD等研究阳离子聚合物改性对活性炭的影响，探讨改性机理，研究阳离子聚合物、活性炭物理和化学性质、以及改性环境（温度、pH、水中其他离子的存在）等对改性的影响。其次将通过吸附平衡实验和动态活性炭柱实验研究改性后活性炭对水中含氧阴离子的吸附机理、竞争吸附能力以及吸附选择性。本项目将进一步探讨阳离子聚合物改性后活性炭的稳定性，主要研究阳离子聚合物在活性炭应用及活性炭的再生过程中的迁移转化。

本项目研究了阳离子聚合物十六烷基三甲基氯化铵(CTAC)、癸基三甲基溴化铵(MTAB) 以及三甲基正十四烷溴化铵(DTAB)对活性炭进行改性的过程。研究的主要目的是要探讨阳离子聚合物改性后活性炭对水中含氧阴离子（以高氯酸盐、溴酸盐、砷酸盐、亚砷酸盐和铬酸盐为代表）的吸附能力的改变。研究的主要内容包括聚合物改性、改性后活性炭吸附性能研究和吸附饱和后活性炭再生方法研究。.阳离子聚合物能有效加载到活性炭上。阳离子聚合物加载使得活性炭的比表面积、孔径体积、pHpzc和表面Zeta电位等性质发生改变。且改性程度受到阳离子聚合物本身性质、聚合物浓度、改性条件等的影响。.改性后的活性炭分别用吸附等温实验、吸附动力实验和吸附柱实验来检验其静态吸附能力、吸附速率和吸附穿透床体积。研究中还同时探讨了水的pH值、水中其它离子的存在等对吸附的影响。吸附等温实验和穿透柱实验都显示改性能显著提高活性炭对含氧阴离子的吸附能力。如经2 mmol/L的CTAC改性后，活性炭对高氯酸盐，溴酸盐，铬酸盐，砷酸盐，亚砷酸盐的Langmuir最大吸附量比未改性活性炭分别提高了约6，5.5，20，18和3.4倍。改性后活性炭的吸附能力受阳离子聚合物的种类、聚合物的加载量的影响。在其它条件相同的情况下，CTAC改性后的活性炭对阴离子的吸附能力要普遍要高于MTAB和DTAB。加载聚合物会改变活性炭的孔径结构，从而影响阴离子的扩散吸附途径，因此，聚合物加载并不是越高越好，而是有一个最佳值。总体来说，最优的加载量在0.2-0.3 mmol 聚合物/g活性炭。研究中还采用快速小柱实验来模拟实际活性炭床的吸附穿透过程。对所有的阴离子，改性后活性炭能运行的时间都较未改性的活性炭有显著提高。以高氯酸盐为例，未改性的活性炭运行700个床体积就被穿透，而2 mmol/L CTAC改性后的活性炭则能运行39500个床体积。.对吸附过程出水中阳离子聚合物的浓度的监测结果显示阳离子聚合物在活性炭上的加载非常稳定，没有脱附现象发生，因此不会产生二次污染。.吸附饱和后的活性炭可以通过化学或热再生方法进行再生。化学再生方法能在当地完成，不需要运输过程，炭的损失率低，但每次再生效率为95%左右，再生不完全，多次使用会导致吸附效果降低。热再生虽然再生完全，但再生过程中加载的聚合物遭到破坏，重新使用要再次加载。