一种测试活性炭吸附性能的新方法

通过该类指标所选择的活性炭,与其实际应用效果往往会有出入。研究表明,碘吸附值、亚甲基兰吸附值表征的是活性炭对小分子有机物的吸附性能。而天然水中有机物主要包括腐殖酸、富里酸、木质素、丹宁等,这些物质是大分子天然有机物,其相对分子质量大约为几百～几十万,比碘、亚甲基蓝、四氯化碳的相对分子质量大得多。碘、亚甲基蓝、四氯化碳这些小分子物质可以进入活性炭的微孔,其吸附量反映活性炭对这些小分子物质的吸附能力,而天然水中的有机物,由于分子体积大,却不能像这些小分子物质一样进入所有的微孔,微孔表面也就难以发挥吸附作用,所以碘值等活性炭一般吸附性能指标,就不能全面反映活性炭对天然水中大分子有机物的吸附性能。活性炭的吸附性能主要由其孔结构和表面官能团决定,目前对活性炭孔结构的测试主要通过测试其比表面积、孔容分布等来进行,但是孔结构测试结果与活性炭的实际使用效果仍然有较大差距,估计这与孔的形状有一定关系;另一方面,比表面积、孔容分布等的测试需专业测试设备,费用昂贵,普通实验室无法进行测试。为此,笔者研究开发了利用天然水中有机物为标准物测试活性炭吸附性能的新方法。1活性炭对天然水中典型有机物的吸附等温线针对已有活性炭测试方法的局限性,上海电力学院水处理研究室经过大量深入的研究,结合研究成果总结出一套利用天然水中的有机物为标准物来测试活性炭吸附性能的新方法,并将该方法引入由上海电力学院起草编制的电力部标准《DL/T582—2004火力发电厂水处理用活性炭使用导则》。该标准中提出用测试活性炭对天然水中四种典型有机物吸附等温线的办法来选用活性炭〔1〕,具体方法有:(1)测试活性炭对四种有机物的吸附等温线和吸附速度;(2)测试活性炭对实际浓缩水样中有机物的吸附等温线;(3)测试活性炭在实际水样中的柱式运行寿命。这3种方法测试结果是一致的,但操作的难易程度各有偏重,所以在标准中按不同情况提出采用不同方法的建议。鉴于方法(1)中的测试活性炭对四种有机物的吸附等温线能够快速有效地反映活性炭的吸附性能,所以目前该方法已开始逐步应用于水处理用活性炭的选择当中。其具体试验方法如下:在干燥的一组具塞磨口锥形瓶中分别称取(10.0±3.0)、(30.0±5.0)、(80.0±10.0)、(160.0±20.0)、(250.0±120.0)、(400.0±20.0)6个不等量的同种活性炭样品,加入150mL有机物样品溶液(有机物是富里酸、腐殖酸、或木质素,也可以是几种有机物的混合物,视实际使用时进水中的有机物而定),放入震荡器中,于25℃下连续震荡4h,达到吸附平衡后,每个样品用一个新的0.45μm滤膜过滤,滤液在紫外分光光度计254nm波长处用石英比色皿进行比色(空白为无有机物空白水),测定残余的有机物浓度,再分别按下式计算吸附容量:q=(C0-Ce)Vm式中:q———吸附容量,mg/g;C0———溶液中有机物的初始质量浓度,mg/L;Ce———达到吸附平衡后,溶液中有机物的残余(平衡)质量浓度,mg/L;m———活性炭质量,g;V———有机物溶液体积,L。经测试,10mg/L富里酸溶液的吸光度为0.174,10mg/L腐殖酸溶液的吸光度为0.318〔2〕。将测得吸附容量q与对应的平衡浓度Ce在q—Ce坐标上作图,即得该活性炭对该有机物的吸附等温线。在测得吸附等温线之后,通常在有机物质量浓度5~10mg/L范围内比较各活性炭对有机物吸附容量,以吸附容量高的活性炭为优。在实际使用时,称取活性炭试样的质量不必完全按照方法中给出的系列值,可根据活性炭的吸附性能不同作适当调整,尽量使达到吸附平衡的各点分散分布在吸附等温线上。2活性炭对有机物的吸附值通过测试活性炭对天然水中典型有机物的吸附等温线的方法得到的测试结果与活性炭的实际使用效果基本一致,该方法较好地表征了活性炭对有机物的吸附性能,已得到了活性炭生产厂家和使用单位的认可。但在实际应用中发现,该方法测试步骤较为复杂,且测试时至少需有2种或2种以上的活性炭相比较来确定哪种活性炭的吸附性能较佳,这给使用单位向生产厂家提出产品性能指标及验收标准造成了一定困难。针对以上不足,上海电力学院水处理研究室对测试方法做了改进,固定部分测试条件,由原方法的测试吸附等温线改为测试有机物吸附值。改进方法的具体步骤如下:工业水处理2008-06,28(6)分析与监测62(1)称取粒径<75μm的干燥活性炭试样(0.10±0.01)g(精确至0.1mg),放入干燥的具塞锥形瓶中,准确加入10mg/L的有机物溶液100mL,立即塞好瓶盖,置于振荡器上,在25℃下连续振荡2h。(2)将溶液通过0.45μm滤膜过滤后,在254nm紫外光下进行比色,测其吸光度值。(3)按下式计算有机物吸附值Q:Q=(A0-Ae)Vkm式中:A0———有机物溶液初始吸光度值;Ae