鋼貿(mào)企業(yè)開展物流金融的條件分析及改性活性炭對城市污水廠出水中污染物模擬吸附性能的實驗研究

西南交通大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文）第頁第1章緒論1.1本論文的研究背景當(dāng)前水污染日益加重，隨著水體受污染程度越來越高，污染物的種類也越來越多，其中有機物污染和重金屬問題最為突出。這就導(dǎo)致污水處理時，污水處理廠常規(guī)處理工藝之后出水污染物中含有大量的污染物（如重金屬，表面活性劑，芳香類化合物等等）。1.1.1我國水資源污染嚴重目前，我國廢水每年排放約1,000億m3，80﹪左右的廢水未經(jīng)處理就直接排入水體，造成水源，特別是地表水的污染。根據(jù)2007年中國環(huán)境狀況公報，2007年197條河流407個水質(zhì)監(jiān)測斷面中，Ⅰ-Ⅲ類、Ⅳ-Ⅴ類和劣Ⅴ類水質(zhì)的斷面比例分別為：49.3﹪、26.3﹪和24.4﹪，七大水系中總體水質(zhì)比上年好轉(zhuǎn)，其中珠江、長江總體水質(zhì)良好，松花江為輕度污染，淮河、黃河為中度污染，海河、遼河為重度污染。主要污染指標為氨氮、五日生化需氧量、高錳酸鹽指數(shù)和石油類。表1七大水系水質(zhì)類別比例水系名稱Ⅰ-Ⅲ類(%)Ⅳ類(%)Ⅴ類(%)劣Ⅴ類(%)長江6.8黃河22.7珠江81.815.203.0松花江23.852.44.819.0淮河25.639.59.325.6海河25.99.711.353.1遼河40.5總體49.3從表1-1中可以看出，我國地表水資源質(zhì)量現(xiàn)狀，符合《地面水環(huán)境質(zhì)量標準》的Ⅰ-Ⅲ類標準的占49.3﹪，Ⅳ、Ⅴ類和劣Ⅴ類水質(zhì)的比例分別為：20.1﹪、6.2﹪和24.4﹪，則我國河流有50.7﹪被污染，約占監(jiān)測河流長度的1/2?；春涌菟诘乃|(zhì)已達不到Ⅲ類，其部分支流的水質(zhì)，常年在Ⅴ類以上。黃河水系屬中度污染，4個水質(zhì)監(jiān)測斷面中，Ⅰ-Ⅲ類、Ⅳ類、Ⅴ類和劣Ⅴ類水質(zhì)的斷面比例分別為：63.7﹪、9.1﹪、4.5﹪和22.7﹪。主要污染指標為石油類、氨氮和高錳酸鹽指數(shù)。從目前的狀況來看，水資源環(huán)境污染日益嚴重，受污染的水源范圍日益擴大，據(jù)調(diào)查，全國430個城市有90﹪以上的飲用水受到不同程度的污染。近年來，雖然在水污染防治方面做了許多工作，但不少江河湖泊的水質(zhì)仍在逐漸變差，工業(yè)發(fā)達地區(qū)水域的污染尤為嚴重，在這種情況下，隨著城市人口和工農(nóng)業(yè)的迅速發(fā)展，要使受到污染水源的水質(zhì)在短期內(nèi)恢復(fù)困難較大，近期許多水廠不得不使用受污染原水作為生活飲用水水源[1]。使得我國飲用水資源出現(xiàn)了資源短缺和污染嚴重的嚴峻形勢。而隨著經(jīng)濟的發(fā)展和人民生活水平的提高，人們對于飲用水的安全和質(zhì)量更加關(guān)心，要求日益提高。1.1.2近年來，人類漸漸認識到可持續(xù)發(fā)展的重要性，許多城市污水處理廠建立起來。污水處理廠的污水深度處理技術(shù)多為物理化學(xué)生物方法，包括砂濾、高級氧化、生物過濾、沉淀法和膜分離技術(shù)等，其生化處理后的出水具有水量大的特點，又由于大部分的污染物已經(jīng)被去除，所以出水中污染物濃度較低，但是由于污水只是經(jīng)過了常規(guī)的二級生物處理,往往還含有一定濃度的有機污染物、氨氮、濁度和重金屬離子無法去除[2]。這些無法去除的污染物的種類有：消毒副產(chǎn)物，苯酚，氨氮，重金屬離子等。1.2城市污水廠出水中污染物的種類，來源和危害1.2.1消毒副產(chǎn)物三氯甲烷的來源和危害消毒副產(chǎn)物(DBPs)的產(chǎn)生主要是因為供水水源被污染，導(dǎo)致水中含有大量溶解性有機物，在加氯消毒過程中能反應(yīng)形成的副產(chǎn)物，直接或間接地危害人體健康。目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的消毒副產(chǎn)物有三鹵甲烷(THMs)、鹵代丙烯腈(HANs)、鹵代乙酸(HAAs)、三氯硝基甲烷(HP)等，其中三鹵甲烷、鹵代乙酸為最具代表性的消毒副產(chǎn)物。在所能測到的DBPs中，三鹵甲烷占64﹪，鹵代乙酸占30﹪，這些物質(zhì)己發(fā)現(xiàn)對動物有致癌作為，對人體可能也有致癌作用[3]。1.2.加氯消毒是城市給水處理中的常見工藝。自1902年問世以來，為殺滅水中微生物、阻止水疾病的傳染，發(fā)揮了重大作用。但自1947年荷蘭的Rook博士以及美國的Belelr等人報導(dǎo)了在自來水中檢測了以氯仿為主的三鹵甲烷類消毒副產(chǎn)物后，世界上許多地區(qū)先后報道，在飲用水中發(fā)現(xiàn)三鹵甲烷類物質(zhì)。人們經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)在消毒過程中，氯與水中的有機物反應(yīng)產(chǎn)生三鹵甲烷(THMs)和其他副產(chǎn)物，如鹵代乙酸(HAAs)、鹵代乙腈(HANs)、氯酚及其它特殊化合物，這些鹵化有機化合物中有許多被推測是致癌物或誘變劑。氯仿是三鹵甲烷的主要物質(zhì)，實際觀察和實驗都證明它對人體具有全身中毒作用和遠期效應(yīng)，特別引人注意的是它對人和動物的致癌作用，有的研究表明，氯仿具有積蓄性，高劑量的氯仿有明顯的致癌作用，而在遠期影響方面，會引起脂肪肝和腎機能障礙。中國科學(xué)院和美國環(huán)境保護署(USEPA)聯(lián)合評價指出[4]：如果70年中每人每飲用2升含0.1mg/L氯仿的水，每一萬人中會多出3～4例癌癥患者。大量流行病學(xué)調(diào)查表明，長期飲用氯消毒的飲用水與消化和泌尿系統(tǒng)癌癥的死亡率存在著統(tǒng)計學(xué)的關(guān)系[5]。此外研究隊伍發(fā)現(xiàn)，每天飲用大于70μg/LTHMs的生水5升以上的孕婦，增加早期的流產(chǎn)危機性。根據(jù)美國國家癌癥病研究所的研究結(jié)果(NCI)幾種DBPs致癌性和致突變性的分類見表1-3[6]。目前，三鹵甲烷類消毒副產(chǎn)物己成為多數(shù)國家和組織的飲用水水質(zhì)標準中的控制指標。1979年美國環(huán)保局(EPA)在安全飲用水法規(guī)中規(guī)定THMs的在最高允許濃度為100μg/L1994年又將此值降低到80μg/L，并提出HAAs的限量為60μg/L，同時提出了THMs為40μg/L和HAAs為30μg/L的二期目標值。加拿大規(guī)定THMs可接受值為100μg/L，澳大利亞在飲用水指南中規(guī)定THMs為250μg/L，DCAA和TCAA均為100μg/L，德國對飲用水THMs要求很高，其THMs為10μg/L，表1-4為WHO與我國制定的衛(wèi)生標準中對消毒副產(chǎn)物的限量值：表3幾種主要消毒副產(chǎn)物的濃度及毒理研究DBPs濃度范圍μg/L致癌試驗氯仿·*1.3～73.3大、小鼠致癌1，2二氯乙烷0～1.4大、小鼠致癌四氯化碳.*0～3.2大、小鼠致癌溴仿·*定性小倉鼠可疑致癌六氯乙烷定性小倉鼠可疑致癌四氯乙烷定性小倉鼠可疑致癌六氯苯·*0.03～0.17小倉鼠致癌注有“·”的為列入我國“水中優(yōu)先控制污染物黑名單”的有機物；注有“*”的為列入美國“優(yōu)先控制污染物名單”的有機物。表4世界四大飲用水水質(zhì)標準中消毒副產(chǎn)物指標(μg/L)類別成分中國WHOUSEPA日本三氯仿TCM602060鹵溴仿TBM100100090甲一溴二氯甲烷6060030烷二溴一氯甲烷1001006010THMs二氯甲烷2020520四氯化碳22521，2二氯乙烷303054一氯乙酸40鹵二氯乙酸5050300乙三氯乙酸100100酸一溴乙酸由上表可知三氯甲烷（氯仿）是城市污水廠出水中較為典型的一種有機污染物。1.2.2苯酚的來源和危害苯酚的性質(zhì)苯酚，又名石炭酸、羥基苯，是最簡單的酚類有機物。苯酚原子量94.11，密度1.071，熔點42~43℃，沸點182℃，燃點79℃苯酚常用于生產(chǎn)或制造炸藥、肥料、焦炭、照明氣、燈黑、涂料、除涂劑、橡膠、石棉品、木材防腐劑、合成樹脂、紡織物、藥品、藥物制劑、香水、酚醛塑料和其它塑料，以及聚合物的中間體。苯酚在醫(yī)藥上用作消毒劑、殺蟲劑、止癢劑等，在實驗室中用作溶劑、試劑。目前，我國苯酚主要用于生產(chǎn)酚醛樹脂、雙酚A、水楊酸(用于生產(chǎn)阿司匹林)以及壬基酚(非離子表面活性劑)等。其中生產(chǎn)酚醛樹脂是其最大用途，占苯酚產(chǎn)量一半以上。近些年來由于電子通訊、汽車工業(yè)和建筑行業(yè)等的迅猛發(fā)展，導(dǎo)致雙酚A的需求量大幅度增長，從而帶動了苯酚需求的強勁增長，這進一步導(dǎo)致苯酚廢水的排放量越來越大[7]。苯酚的危害苯酚主要經(jīng)過呼吸道和皮膚進入人體，從而引起中毒，屬于高毒類物質(zhì)，細胞漿毒物。低濃度苯酚可以使蛋白質(zhì)變性，高濃度苯酚可以使蛋白質(zhì)沉淀，對細胞有直接損害，能使粘膜、心血管和中樞神經(jīng)系統(tǒng)受到腐蝕、損害和抑制，對生物體的危害很大，會給環(huán)境造成嚴重的污染。苯酚被吸入、食入、經(jīng)皮吸收，對皮膚、粘膜有強烈的腐蝕作用，可抑制中樞神經(jīng)或損害肝、腎功能。急性中毒的表現(xiàn)為:頭痛、頭暈、乏力、視物模糊、肺水腫等。如果誤服，可引起消化道灼傷，出現(xiàn)燒灼痛，呼出氣帶酚味，嘔吐物或大便可帶血液，有胃腸穿孔的可能，可出現(xiàn)休克、肺水腫、肝或腎損害，出現(xiàn)急性腎功能衰竭，可死于呼吸衰竭。如果眼接觸可致灼傷。慢性中毒的表現(xiàn)為:頭痛、頭暈、咳嗽、食欲減退、惡心、嘔吐，嚴重者引起蛋白尿。苯酚應(yīng)儲存于陰涼、通風(fēng)的庫房，遠離火種、熱源，避免光照。庫溫不超過30℃苯酚的常用處理方法和國家排放標準對于苯酚廢水而言，目前較為常見的是生物處理法和活性炭吸附法。生物法處理苯酚廢水，在處理前必須先作一些必要的預(yù)處理，并提供一定的微生物生長條件，而且生物處理過程隨著有機負荷及水力負荷的變化而波動，因而出水的苯酚濃度也隨之變化，出水不穩(wěn)定。因此，往往造成出水不能達標，還需進行進一步的處理?；钚蕴课椒瓤捎糜谥械葷舛纫部捎糜诘蜐舛缺椒訌U水的處理，出水穩(wěn)定且可達標排放，而且投資和操作費用范圍較寬，操作簡單方便，是一種較好的苯酚廢水處理方法。根據(jù)中國(GB8978-1996)污水綜合排放標準，苯酚的排放標準為:一級:0.3mg/L;二級:0.4mg/L;三級:1.0mg/L。1.2.3重金屬廢水的來源及危害1.2.重金屬廢水來源于電鍍、采礦、化工等部門。主要來自礦山排水、廢石場淋浸水、選礦廠尾礦排水、有色金屬冶煉廠除塵排水、有色金屬加工廠酸洗水、電鍍廠鍍件洗滌水、鋼鐵廠酸洗排水，以及電解、農(nóng)藥、醫(yī)藥、油漆、顏料等工業(yè)的廢水[8]。廢水中重金屬離子的種類、含量及其存在形態(tài)隨不同生產(chǎn)種類而異，差異很大。重金屬廢水Pb是對人類健康有害的常見微量元素之一，它是一種神經(jīng)毒性的重金屬元素，是一種蓄積性毒物，主要導(dǎo)致兒童中樞神經(jīng)系統(tǒng)功能障礙，對兒童的智能行為發(fā)育和體格發(fā)育等影響較大。而我國目前兒童鉛中毒相當(dāng)普通，已引起兒童保健工作者的日益關(guān)注。而且鉛在人體內(nèi)幾乎可以引起所有重要器官的功能紊亂，人若長期在有鉛污染的環(huán)境中活動，會出現(xiàn)癡呆，免疫力減弱，衰老加快[9-11]。Cu雖為人體必需元素，它對紅血球的形成十分重要，但是攝取過多卻干擾人體正常的新陳代謝，刺激消化系統(tǒng)，長期過量促使肝硬化，甚至造成中毒。Cd是一種人體非必需的重金屬元素，是毒性最強的重金屬元素之一，它能引起“骨痛病”，震.驚世界的日本“骨痛病”就是Cd污染所致，Cd通過食物鏈進入人體而慢慢累積，在腎臟和骨骼中會取代骨中的鈣，使骨骼嚴重軟化，骨頭寸斷。福毒性是潛伏性的，潛伏期可長達10-30aZn、Ni、Cr在人體中都屬于微量元素。但是Zn、Ni、Cr過量攝入，也會對人體產(chǎn)生重大危害:Zn的毒性較弱，但Zn的有機化合物如檸檬酸鋅等毒性卻較強，Zn過量時會引起發(fā)育不良，新陳代謝失調(diào)、腹瀉等；Ni過量初期發(fā)生頭暈、頭痛，有時惡心嘔吐，長期過量則發(fā)高燒，呼吸困難等，甚至中樞神經(jīng)障礙;過量的Cr3+易積存在肺泡中，引起肺癌，進入血液中引起肝和腎的阻礙，Cr6+有很大的刺激和腐蝕性，引起喉炎和腸炎。綜上所述，Pb2+和Cd2+確實是城市污水處理廠出水中較為典型的重金屬污染物。1.3活性炭簡介1.3.1活性炭吸附法處理水的歷史及其現(xiàn)狀迄今為止，可查到的最早使用炭作水處理的記載源自曼特爾(Mantell)所譯的公元前約200年的梵語原文:“在陽光下，用銅制容器中保存水并經(jīng)炭過濾。”此法可以認為早期廣為應(yīng)用的處理技術(shù)之一:：銅浸碳微動力學(xué)作用處理工藝。18世紀英國曾經(jīng)用過內(nèi)部炭化的木質(zhì)容器來盛水。后來辛克萊(Sinclair,1807年)和(Dahke,1861年)等人也都先后使用木炭凈化水。日木從江戶末期就開始將木炭用于水的凈化。1927年被認為是活性炭應(yīng)用史上特別重要的時期，這是因為在這一年，由于原水中的苯酚和消毒用的氯生成臭味，美國芝加哥和德國等地的自來水廠發(fā)生了廣大居民難以接受的自來水惡臭事故。這些事故都是用活性炭處理解決的。隨后，活性炭陸續(xù)用于處理飲用水、污水和工業(yè)廢水中。第一次世界大戰(zhàn)后活性炭己基本上進入了工業(yè)化的生產(chǎn)。斯波爾丁于1929年開始將粉狀活性炭用于新澤西洲的新米爾福給水處理中，后來美國和歐洲各地也使用添加活性炭的方法來凈化水。在這以后，人們并未停步于使用粉狀活性炭，而是繼續(xù)開拓了粒狀活性炭填充層的凈水裝置。由于粒狀活性炭的出現(xiàn)，活性炭在水處理方面的用量逐年增大。到目前為止，活性炭吸附法已成為城市污水和工業(yè)廢水深度處理及污水源凈化的有效手段。從80年代后半期到90年代活性炭在自來水方面主要用于腥嗅ABS苯酚的去除，同時為改善自來水水質(zhì)，將活性炭利用于家庭用凈水器去除細菌的污染也已得到普及。由于各方面的因素，我國在60年代才將活性炭技術(shù)用于處理污染水源的除臭、除味和工業(yè)廢水的凈化。60年代將活性炭用于二硫化碳廢水處理，自70年代初以來，粒狀活性炭用于處理工業(yè)廢水，不論在技術(shù)上，還是在應(yīng)用范圍和處理規(guī)模上都發(fā)展很快，在煉油廢水、炸藥廢水、印染廢水、化工廢水、電鍍廢水等處理上都己在生產(chǎn)上較大規(guī)模的應(yīng)用，并取得了滿意的效果。世界上利用活性炭處理水的主要國家有美國、德國、英國、瑞典及日本。日本活性炭專家北川睦夫80年代末就估計美國和亞歐用于水處理方面的活性炭量占液相吸附用炭量的50%左右，日本占40%左右。80年代中期我國已有30多套活性炭處理有機工業(yè)廢水的工業(yè)裝置，90年代我國水處理炭的應(yīng)用更加廣泛。1.3.2活性炭定義及種類活性炭(ActivatedCarb)是經(jīng)過活化處理的黑素多孔的固體物質(zhì)，具有發(fā)達的空隙結(jié)構(gòu)、有很大比表面積的炭。按照國際純粹化學(xué)和應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會(IUPAC)的定義，活性炭是炭在炭化時、炭化前、炭化后經(jīng)與氣體或與化學(xué)品(如氯化鋅)作用與增加吸附性能的多孔的炭[12]?；钚蕴坑捎谑且环N具有豐富孔隙結(jié)構(gòu)和巨大比表面積的碳質(zhì)吸附材料，因此它具有吸附能力強、化學(xué)穩(wěn)定性好、力學(xué)強度高，且可方便再生等特點，被廣泛應(yīng)用與工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國防、交通、醫(yī)藥衛(wèi)生、環(huán)境保護等領(lǐng)域，其需求量隨著環(huán)境和人民生活水平提高，呈逐年上升的趨勢，尤其是隨著今年來隨著環(huán)境保護的日益提高，使得國內(nèi)外活性炭的需求量越來越大，逐年增長。活性炭產(chǎn)品種類很多，其主要分類如下：按形狀分有：粉狀活性炭、顆?；钚蕴俊A柱形活性炭、球形活性炭。按原料分有：煤質(zhì)活性炭、果殼類活性炭、石油類活性炭、再生炭、水質(zhì)活性炭。按制法分有：物理活化的活性炭、浸漬處理的活性炭、涂布處理的活性炭、化學(xué)品活化的活性炭。1.3.3活性炭結(jié)構(gòu)與性質(zhì)1.3.3多孔炭材料可以用含有碳的任何物質(zhì)做原材料如木材、鋸末、煤、泥煤、果殼、果核、骨、皮革廢物、紙廠廢物等來制造，屬于無定形炭或微晶形炭，微晶形炭的結(jié)構(gòu)比石墨缺乏完整性，在微晶形炭中有兩種不同的結(jié)構(gòu)，一種是和石墨類似的一元結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)網(wǎng)平面平行，形成相等的間隔，而層平面在垂直方向上取向不完全，層與層之間的排列也不規(guī)則，這就是所謂的亂層結(jié)構(gòu)。由具有亂層結(jié)構(gòu)的炭排列成一個單位稱為一個基本結(jié)晶，這個基本結(jié)晶的大小隨炭化溫度而變化?；窘Y(jié)晶的錯動便形成孔隙，這是起吸附作用的部位。另一種是由炭六角形不規(guī)則交叉連接而形成的空間格子所組成，石墨層平面中有歪斜現(xiàn)象，可以把這種結(jié)構(gòu)看作是由于有像氧那樣的不同原子侵入的結(jié)果，這種不同原子的存在對多孔炭材料的化學(xué)吸附和催化作用有較大影響[13]。1.3.3活性炭的制造分為碳化和活化兩步。碳化也稱熱解，是在隔絕空氣條件下對原材料加熱，一般溫度在600℃以下。碳化有兩個作用，一是使原材料分解放出水氣、一氧化碳、二氧化碳及氫等氣體，第二個作用是使原材料分解成碎片，并重新集合成穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。這些碎片是由一些微晶體組成，微晶體的大小和原材料的成分和結(jié)構(gòu)有關(guān)，并受碳化溫度的影響，大致是隨碳化溫度的升高而增大的。碳化后微晶邊界原子上還附有一些殘余的碳氫化合物[14]?；罨窃谟醒趸瘎┑淖饔孟?，對碳化后的材料加熱，以生產(chǎn)活性炭產(chǎn)品。當(dāng)氧化過程的溫度在800℃-900℃時，一般用蒸汽或CO2為氧化劑，當(dāng)氧化溫度在600℃以下時，一般用空氣做氧化劑對活化所起的作用是在活化過程中燒掉了碳化時吸附的碳氫化合物，把原有孔隙邊上的碳原子燒掉，起擴大孔隙的作用，并把孔隙與孔隙之間燒穿，形成多孔碳材料[15]圖1碳化及活化后的微晶片結(jié)構(gòu)[15]1.3.3（1）化學(xué)元素的組成活性炭的吸附特性，不僅受其孔隙結(jié)構(gòu)的影響，同時也受其化學(xué)組成的制約。結(jié)構(gòu)非常規(guī)則的石墨表面的吸附力，主要是范德華力中的色散力引起的物理吸附[16]。炭素的基本微晶結(jié)構(gòu)是不規(guī)則的，明顯改變了炭素位，架上的電子云的構(gòu)成，其結(jié)果產(chǎn)生了不飽和原子價或不成對電子，因此活性炭對極性物質(zhì)具有較強的吸附力?；窘Y(jié)構(gòu)不規(guī)則的另一個原因是由于雜原子的存在。各種各樣的雜原子或由雜原子形成的官能團存在于炭的基本結(jié)構(gòu)中，對碳元素表面進行“修飾”，從而改變了碳的吸附特性?；钚蕴砍克赝猓€含有其他兩種混合物。其一是化學(xué)結(jié)合的元素，這些以氧或氫為代表。在原料中，存在著不完全的炭化，以石墨化的狀態(tài)存在于活性炭的結(jié)構(gòu)中，或者在活化時，在表面形成了化學(xué)結(jié)合或由氧或水蒸氣在炭素表面以氧化的形式存在；另一種混合物是灰分，它可以構(gòu)成活性炭的無機成分，灰分的含量及組成隨活性炭的種類而異，灰分在水蒸氣活化時具有催化作用，鐵及其他組分在炭和二氧化碳的反應(yīng)中顯示出強烈的催化作用?；曳滞刮绞艿接绊懀恍O性物質(zhì)在活性炭上的吸附因灰分而增加，原因是灰分引起了活性炭基本構(gòu)造的缺陷，而缺陷部分對氧產(chǎn)生化學(xué)吸附。（2）活性炭的表面氧化物影響活性炭吸附或其他性質(zhì)的主要因素是氧和氫的存在。這些元素和碳原子發(fā)生化學(xué)結(jié)合，形成了和灰分不同的活性炭的有機部分。根據(jù)固體表面不均勻理論，炭素物質(zhì)中的氧或氫及其他異原子，處于石墨微晶的端部或晶格缺陷處和碳原子相結(jié)合。這些原子的原子價隨周圍碳原子是否充分飽和而異，所以反應(yīng)性相差懸殊。圖圖2氧化物A、B、C的模型[19]希洛夫(Sohilow)在活性炭表面氧化物的研究中，推論炭的一氧化物以表面氧化物A,B,C三種狀態(tài)存在。圖2表示表面氧化物的模型，氧化物A在700℃以上的溫度下生成，氧化物B在300℃以上生成，在700℃以上時和CO2反應(yīng)放出CO。在300℃-850將碳素物質(zhì)加熱炭化時，炭以外的元素，如氧、氫等依次脫離炭的結(jié)構(gòu)，由于加熱或炭化條件不同，在炭表面形成各種有機官能團。在活性炭表面已檢測出的有機官能團有:梭型氫氧基、醚類、過氧化物、酯類、熒光素、炭環(huán)狀過氧化物等。對炭化物進行熱處理，最終可看作是C-C結(jié)合依次向石墨結(jié)晶過渡，中間產(chǎn)物是非石墨質(zhì)炭，隨著溫度由低到高，氧、氫等元素相繼離開。這時，表面氧化物的形式是:低溫狀態(tài)下-C00H和-OH的存在較多，高溫狀態(tài)下-C00H減少，而>C-O增多[19]。（3）活性炭的化學(xué)改性活性炭表面化學(xué)性質(zhì)的改性可以從氧化改性、還原改性和負載金屬改性等方面進行。強氧化改性主要是利用強氧化劑在適當(dāng)?shù)臏囟认聦钚蕴勘砻娴墓倌軋F進行氧化處理，從而提高表面的含氧酸性基團的含量，增強表面的極性。表面極性較強的活性炭易吸附極性物質(zhì)，從而可以達到吸附回收或廢水治理的日的。范順利等[17]采用HNO3＋H202和（NH4）2S2O8試劑對活性炭進行改性處理，探討了活性炭的表面化學(xué)性質(zhì)與表面結(jié)構(gòu)特性對吸附的影響。有人認為，活性炭的堿性可以通過還原性氣體H2或N2高溫處理得到堿性基團含量較多的活性炭[18]。高尚愚等[19]利用氫氣改性活性炭，研究了改性后活性炭對苯酚及苯磺酸吸附能力。萬福成等[20]采用了NH2·H20、苯胺等對活性炭進行了改性處理，部分消除了表面陰性基團，增強了對Au(Ⅲ)的吸附能力。負載金屬改性的原理大都是通過活性炭的還原性和吸附性，使金屬離子在活性炭的表面上首先吸附，再利用活性炭的還原性，將金屬離子還原成單質(zhì)或低價態(tài)的離子，通過金屬或金屬離子對被吸附物較強的結(jié)合力，從而增加活性炭對被吸附物的吸附性能。劉慧英等[21]用H2S改性活性炭，使活性炭表面形成含硫元索的基團(C-S)，使其對Pb2+的吸附能力成倍地提高。1.3.4粉末活性炭在飲用水處理中應(yīng)用現(xiàn)狀活性炭吸附是去除飲用水中的有機污染物的有效方法之一，而粉末活性炭因其價格便宜、基建投資省、不需增加特殊設(shè)備和構(gòu)筑物、應(yīng)用靈活等特點，尤其適合于原水水質(zhì)季節(jié)性變化大的原水凈化和現(xiàn)有常規(guī)處理水廠的工藝改造。自1929年美國新米爾福水廠首次用粉末活性炭去除氯酚產(chǎn)生的嗅味以來，粉末活性炭在水處理中的應(yīng)用己有70多年的歷史，人們對其在飲用水處理的應(yīng)用作了大量的研究，并在許多水廠里取得了實用。粉末活性炭在飲用水處理中的作用：粉末活性炭在水廠中初次應(yīng)用的目的是為了去除氯酚產(chǎn)生的嗅味，但隨后的研究發(fā)現(xiàn)它對水中的色、嗅、味的去除效果都十分顯著。七十年代以來，隨著水源污染的日益嚴重以及消毒副產(chǎn)物(DBP)的檢出，人們對去除飲用水源中的酚類、農(nóng)藥、消毒副產(chǎn)物及其前體物方面作了研究，并發(fā)現(xiàn)粉末活性炭對此類物質(zhì)也有很好的去除效果，因此粉末活性炭在水處理中得到了普遍的應(yīng)用且有逐年遞增趨勢。粉末活性炭在美國、荷蘭、法國、比利時、英國等國都有廣泛的應(yīng)用。飲用水處理中粉末活性炭炭種的選擇：由于原水中天然有機物大多為大分子有機物，因此一般認為應(yīng)采用中孔較發(fā)達的木質(zhì)活性炭。董秉直等人通過對活性炭吸附黃浦江原水中有機物的研究發(fā)現(xiàn)，粉末活性炭吸附作用不僅與有機物的分子量分布有關(guān)，還與有機物本身的性質(zhì)有關(guān)。丁恒如等人則認為活性炭對天然水中有機物的吸附性能與其指標相關(guān)性不好，不能單純通過這指標來評價活性炭對天然水中有機物的吸附性能，提出了采用活性炭對水中四種典型有機物(腐殖酸、富里酸、木質(zhì)素、丹寧)的吸附容量和吸附速度作為正確選擇水處理用活性炭的指標，且在五種水質(zhì)(長江、黃浦江、太湖、淮河、巢湖)中得以驗證?；钚蕴刻糠N的選擇應(yīng)根據(jù)原水的水質(zhì)狀況特別是有機物的分子量分布及其性質(zhì)來確定。1.3.5活性炭的改性活性炭的吸附作用包括物理吸附和化學(xué)吸附。由于物理吸附容易脫附，因此活性炭在廢水處理中，主要利用其化學(xué)吸附，提高去除率。但是，化學(xué)吸附時，吸附分子和吸附劑表面有某種化學(xué)作用，即它們之間有電子的交換、轉(zhuǎn)移或共有，從而可導(dǎo)致原子的重排、化學(xué)鍵的形成或斷裂，一般發(fā)生在像邊緣不飽和碳原子等活性位上，于是存在固定的吸附位，而且被吸附分子不能沿表面移動?；瘜W(xué)官能團作為活性中心支配了活性炭表面化學(xué)性質(zhì)，活性炭的原材料主要決定活性炭表面官能團的數(shù)量和種類，所以對活性炭進行改性處理以改善其吸附性能就有一定的意義?；钚蕴勘砻婊瘜W(xué)性質(zhì)的改性可以從物理改性和化學(xué)方法改性，物理改性有微波輻射改性、聲波改性、等離子改性等;化學(xué)方法改性一般可分為干法和濕法兩大類。濕法改性主要是氧化、還原、表面活性劑和負載金屬等溶液處理法。改性方法有：（1）微波輻射改性微波改性是通過調(diào)節(jié)微波功率和輻射時間來控制活性炭的表面化學(xué)成分或元素的含量，從而調(diào)節(jié)活性炭的表面化學(xué)性質(zhì)，提高活性炭的吸附性能，是改變活性炭吸附性能的一種有效方法。有研究表明微波加熱能有效提高活性炭的吸附能力，微波功率和輻照時間是決定改性活性炭吸附性能的關(guān)鍵因素。微波輻射使活性炭空隙結(jié)構(gòu)和性能發(fā)生了較大的改變，增強了對難降解有機物吡啶的吸附能力。相關(guān)文獻[22-23]報道，在氮氣氣氛下微波改性后，ACF表面的氮含量升高，部分氮以四氮化合物形式存在于活性炭層的芳香族結(jié)構(gòu)中，同時碳原子含量有輕微的增加而氫原子含量變小，然而氧原子含量大量地減少。這些微波改性處理后的活性炭重新暴露于空氣時，活性炭上的部分碳原子發(fā)生重新氧化，經(jīng)過數(shù)天后氧化達到平衡。這些重新氧化后的活性炭重新生成一些含氧酸性官能團，但即使過數(shù)月后，經(jīng)微波處理后的活性炭的堿性總會比未經(jīng)微波處理過的活性炭強[24]。（2）聲波改性超聲波處理時間及其物理參數(shù)的不同會產(chǎn)生不同的影響。采用超聲波處理活性時，超聲空化作用將引起沖擊波和微射流。超聲波改性使活性炭的孔徑發(fā)生了變化。研究表明發(fā)現(xiàn)隨著超聲波處理時間的延長，活性炭的BET比表面積和微孔比表面積略有下降。這是因為活性炭是脆性粒子，超聲空化作用引起的強烈沖擊破壞了孔壁，造成部分活性炭結(jié)構(gòu)塌陷，微孔減小，中孔增多。由于超聲波時間過長，部分中孔破裂為大孔，使中孔的比例下降。超聲波處理后，由于空化作用使表面的細小基團及雜質(zhì)不斷地被清洗剝除，活性炭表面和孔內(nèi)變得光潔[27]。（3）等離子體改性低溫等離子體對AC表面的作用主要有表面雜質(zhì)清除、表面刻蝕、表面交聯(lián)和形成具有新化學(xué)結(jié)構(gòu)的表面等，改性只發(fā)生在表面層，不影響基體固有性能，改性前后AC的表面結(jié)構(gòu)參數(shù)并未發(fā)生顯著的變化，而且工藝簡單，效率高，成本低，是一種能對ACF表面物理化學(xué)性質(zhì)進行改性的新穎的方法，所以引起眾多學(xué)者的關(guān)注。Hua-chiangwen等[25]用等離子體—化學(xué)氣相沉積法在氨氣氣氛下對碳纖維進行改性，結(jié)果是高能狀態(tài)的氨等離子體破壞碳纖維的微孔結(jié)構(gòu)，同時在碳纖維表面生成含有N-H鍵的官能團和化學(xué)鍵。SatoshiKedam等[26]用氧低溫等離子體對活性炭表面進行改性，結(jié)果是比表面積減小，表面的酸性官能團數(shù)量增多。Boudou等[27]研究得知，瀝青基活性碳纖維(PIT-ACF)經(jīng)低壓氧等離子體處理1~5min后，其結(jié)構(gòu)及直徑基本保持不變，同時由于等離子體對ACF表面的刻蝕作用，其粗糙度增強，比表面積增大;在較溫和的氧等離子體氛圍中，可以產(chǎn)生大量的含氧官能團，但當(dāng)?shù)入x子體強度超過一定極限后，部分含氧基團消失。以上幾種方法為物理改性，物理方法特點:物理改性法通常包括兩個步驟，首先是對原料進行炭化處理以除去其中的可揮發(fā)成分，使之生成富含碳的固體熱解物，然后用合適的氧化性氣體(如水蒸氣、一氧化碳、氧氣或空氣)對炭化物進行活化處理，通過開孔、擴孔和創(chuàng)造新孔，形成發(fā)達的孔隙結(jié)構(gòu)。并且物理方法改性時的諸多活化條件也將影響其性能。其另一個特點是往往添加催化劑。（4）表面氧化改性表面氧化改性是指利用合適的氧化劑在適當(dāng)?shù)臏囟认聦钚蕴坎牧媳砻娴墓倌軋F進行氧化處理，從而提高材料表的含氧官能團的含量，增強材料表面的親水性。常用的氧化劑主要有HNO3，HCIO和H2O2:等。通過氧化改性的活性炭材料表而幾何形狀變得更加均一。不同的氧化劑處理后，含氧官能團的數(shù)量和種類不同，氧化程度越高，含氧官能團越多。氧化處理可以改變活性炭的孔隙結(jié)構(gòu)，比表面積、容積降低，孔隙變寬。而氧化處理在活性炭表而增加的梭基等酸性基團也可通過高溫處理去除且不影響由氧化而引起的微孔變化。目前，對活性炭的表面氧化改性主要集中在通過氧化提高表面酸性基團上，特別是通過HNO3的氧化，提高了表面酸性氧化物的含量，相應(yīng)提高了其親水性，這不利于對以疏水性為主的有機污染物的吸附。通過文獻知道使用較多的是HCIO、HNO3、H2O2、CI2進行改性。范延臻[28]研究了表面氧化改性對活性炭吸附各種有機物性能的影響，研究發(fā)現(xiàn)，硝酸氧化可顯著增加活性炭表面酸性基團的含量，提高了活性炭的表面親水性，降低pH值，并造成活性炭的結(jié)構(gòu)塌陷和比表面積的減少，因而對活性炭吸附水中的苯酚、苯胺、腐殖酸、氯仿、四氯化碳等有機物的性能產(chǎn)生明顯不良影響，以去除水中有機污染物為目的的活性炭表面改性的方向應(yīng)為:減少表面內(nèi)醋基及梭基等含氧官能團的含量，增加活性炭表面的疏水性。但是硝酸氧化顯著地增加了活性炭對Pb2+的吸附容量。Kyung-RyeolKO等[29]將含有O3的O2混合氣分別通入含有Na0H的溶液中，對酚醛樹脂基ACF氧化改性，并用于對Cr(VI)和Cu(II)的吸附研究，在NaOH溶液中的改性效果要好于在H2O2溶液中的改性。s.Haydar等[30]利用由橄欖石為原料制備的活性炭進行HNO3和次氯酸鈉氧化改性。經(jīng)MS檢測，氧化改性引入了大量的含氧官能團。使用原料活性炭、氧化改性活性炭和經(jīng)除氣處理的改性活性炭對p一硝基酚(PNP)進行吸附實驗。結(jié)果顯示:在低濃度條件下，吸附效果有很大程度的提高，3種樣品的吸附等溫線卻有很大不同。經(jīng)分析表明對于苯酚取代物，活性炭表面碳基官能團是首要的化學(xué)吸附位。（5）表面還原改性表面還原改性主要是通過還原劑在適當(dāng)?shù)臏囟认聦钚蕴勘砻娴墓倌軋F進行改性，從而提高含氧堿性基團的含量，增強表面的非極性。這種活性炭對非極性物質(zhì)具有更強的吸附性能[31-32]。常用的還原劑有H2、N2和NaOH等。在水處理中，由于經(jīng)過還原改性的活性炭表面堿性含氧基團大量增加，在一定程度上有助于對某些污染物質(zhì)特別是有機物的吸附。有人認為，活性炭的堿性主要是由于其無氧的LewiS堿表面，可以通過在還原性氣體H2或N2等惰性氣體下高溫處理得到堿性基團含量較多的活性炭。還原改性的手段主要集中在H:或N:等惰性氣體對活性炭的高溫處理和氨水浸漬處理，主要機理是去除法性炭表面的大部分酸性集團。Manuel等[33]人將活性炭進行有選擇的改性，通過檢測改性活性炭試樣表面化學(xué)性質(zhì)、結(jié)構(gòu)特性以及對不同染料的吸附效果可以看出，活性炭表面化學(xué)性質(zhì)在染料吸附過程中起了關(guān)鍵的作用。（6）負載金屬離子改性負載金屬改性的原理大都是通過活性炭的還原性和吸附性，使金屬離子在活性炭的表面上優(yōu)先吸附，再利用活性炭的還原性，將金屬離子還原成單質(zhì)或低價態(tài)的離子，通過金屬離子或金屬對被吸附物較強的結(jié)合力，從而增加活性炭對被吸附物的吸附性能。目前經(jīng)常用來負載的金屬離子包括銅離子、鐵離子等[34]。Wen-ming等采用Fe(NO3)3和Fe2(SO4)3對活性炭進行了實驗，表明了在高溫下，金屬鹽分解釋放出NOx、SOx與活性炭孔道反應(yīng)，增大了孔徑；同時金屬鹽的金屬氧化物在高溫下被活性炭還原，擴大了孔徑；金屬存在下，對活性炭孔壁活化，這些都提高了活性炭的中孔率。楊嬌萍等以FeCl3為化學(xué)添加劑、CO2為活化劑，采用化學(xué)-物理混合活化法對活性炭進行改性。實驗表明，F(xiàn)eCl3-CO2體系能明顯改進活性炭的孔結(jié)構(gòu)和孔徑分布，經(jīng)改性后活性炭平均孔徑稍有下降，但比表面積和總孔容都較原料炭增加了一倍，孔徑分布更趨均。余謨鑫在活性炭上負載上Ag+，Ni2+、Cu2+、Zn2+、Fe2+等離子證明了通過負載不同的金屬離子可以對油品中含硫有機物的苯并噻吩的吸附能力（7）電化學(xué)改性電化學(xué)改性是利用微電場，使活性炭表面的電性和化學(xué)性質(zhì)發(fā)生改變，從而提高吸附的選擇性和性能。它不需要加化學(xué)藥劑，也不需要加熱，不會造成對環(huán)境的污染，能耗低，僅在幾百毫伏內(nèi)進行，操作方便。有研究表明研究發(fā)現(xiàn)活性炭吸附量隨電位的增加而逐漸提高，吸附速度加快;陽極極化有利于活性炭對氯仿的吸附，陰極極化抑制活性炭對氯仿的吸附[35]。（8）化合物改性活性炭具有很高的穩(wěn)定性和良好的活性，這兩個基本性質(zhì)成為活性炭做催化劑或催化劑載體的條件。chiK.Ahn等[36]人利用SDS、SDBS和DSS對活性炭進行改性吸附福離子，A.ucer等[37]人用丹尼酸對活性炭進行改性來增加對Fe3+、Cu2+、Cd2+、Zn2+和Mn2+的吸附。1.4小結(jié)綜上所述，本實驗選擇城市污水廠出水中污染物的類型為：重金屬鉛離子（Pb2+）和鎘離子（Cd2+）；有機污染物為三氯甲烷（CHCl3）和苯酚（C6H5OH）。原因是鉛離子（Pb2+）和鎘離子（Cd2+）是重金屬廢水中含量較多的，較為典型的且對人體危害較大的重金屬離子，有一定的研究意義，實驗進行起來也較為方便，；而三氯甲烷（CHCl3）和苯酚（C6H5OH）也是在污水廠出水中含量較多，對人體有很大危害的有機污染物，有研究的價值和意義。而用來處理上述污染物的活性炭的改性方法則選擇：硝酸氧化改性法和負載金屬氧化鐵改性法。因為這兩種改性方法實際操作性比較高，且之前探究這兩種改性方法處理四種污染物的研究較少，有一定的研究意義。故具體方法為：用改性后的活性炭和未處理的活性炭共同分別處理上述出水污染物，比較吸附效果得出實驗結(jié)論。1.5本論文的結(jié)構(gòu)安排本論文分依照邏輯關(guān)系可以分為五個部分，如下：第一章（緒論）即為第一部分，該部分主要介紹了研究背景和該研究方向的發(fā)展現(xiàn)狀，并簡要地說明了本研究的主要依據(jù)、研究內(nèi)容和本研究的預(yù)期目標，以期通過該部分能夠讓讀者對該領(lǐng)域有一定的了解，并且熟悉本研究的相關(guān)內(nèi)容，為后面部分提供概要。第二部分則為第二章，該部分介紹了本研究的所需的實驗儀器和所使用的化學(xué)藥品，該部分是實驗進行的準備，為從事相關(guān)研究工作的讀者提供參考意見。（后續(xù)所需的實驗儀器和實驗藥品已在第二部分全部列出）第三部分則包含本論文的第三章和第四章，其主要內(nèi)容則是實驗方案及實驗所得的相關(guān)實驗數(shù)據(jù)和實驗圖表，這一部分在整個研究中起著非常重要的作用，它作為前兩部分的成果，為讀者提供所需的相關(guān)信息。（實驗的成果通過圖表體現(xiàn)出來，）第四部分則為第五章，結(jié)論部分作為本論文的最后部分，通過對前幾部分的分析、總結(jié)，得出相關(guān)的結(jié)論，是本論文成果的體現(xiàn)。第五部分為本論文的致謝、參考文獻和附錄翻譯部分，致謝部分表達了筆者在論文擬寫過程中對于指導(dǎo)過筆者的人員的敬意。參考文獻中的引用文獻可以為讀者在進行相關(guān)研究時提供擴展閱讀。

第2章實驗儀器與試劑2.1實驗儀器紫外燈（20W），紫外可見分光光度計（UV1201，北京瑞利分析儀器有限公司），，電子天平（AUY120，島津國際貿(mào)易有限公司），pH計（PB-10，德國賽多利斯股份公司），電熱恒溫真空干燥箱（DZF-6090，上海精宏實驗儀器有限公司），數(shù)顯水浴恒溫振蕩器（WHY-2，常州普天儀器制造有限公司），電子移液槍（e5000，飛世爾實驗器材有限公司），旋片式真空泵（FY-10，溫嶺市飛越機電有限公司），氣相色譜儀（Varian3700型），63Ni電子捕獲檢測器，3390積分儀，色譜柱。下面列舉了一些實驗儀器的圖片： 電子天平 電子移液槍數(shù)顯水浴恒溫振蕩器數(shù)數(shù)顯恒溫磁力攪拌器 抽濾泵紫外分光光度計pH計 2.2實驗材料材料名稱化學(xué)式規(guī)格醋酸銅(CH3COO)2Cu分析純硝酸HNO3分析純?nèi)然FFeCI3分析純硫酸亞鐵FeSO4分析純硫酸H2SO4分析純硫酸亞鐵，七水FeSO4·7H2O分析純過氧化氫H2O2分析純鹽酸HCl分析純氫氧化鈉Na0H分析純氯化鐵，六水FeCl3·6H2O分析純十二烷基硫酸鈉C12H25―OSO3Na分析純硫酸亞鐵銨Fe（NH4）2（SO4）2·6H2O分析純硝酸鉛Pb（NO3）2分析純?nèi)燃淄镃HCl3分析純苯酚標準液C6H5OH分析純氨水NH3·H2O分析純第3章實驗方案3.1硝酸氧化改性實驗3.1.1實驗原料市售粉末活性炭，硝酸（分析純）3.1.2實驗方法（1）清洗粉末活性炭，去除雜質(zhì)。（2）在105℃-110℃（3）稱取五組粉末活性炭，每組20g，放入250ml錐形瓶(帶塞)內(nèi)。（4）分別向各個瓶內(nèi)加入不同濃度0mol/L、1.2mol/L、3.5mol/L、7.2mol/L、13.2mol/L的氧化劑100ml，并加入適量0.4mol/L的醋酸銅溶液(利用硝酸處理時用)，充分混合至無氣泡，在水浴震蕩器(60℃)上恒溫震蕩反應(yīng)4h。（5）用砂心漏斗抽洗，直至將活性炭洗至中性(至洗出液pH值不再變化為止)，在烘箱中(105℃)烘干，置于干燥器中備用，并分別予以標示。3.2負載金屬氧化鐵改性實驗3.2.1氧化鐵的制備（1）藥劑FeCl3；FeSO4；FeCl2；氨水；過氧化氫；NaOH；FeSO4·7H2O；FeCl3·6H2O和異丁基聚磷酸鈉均為分析純；十二烷基硫酸鈉，實驗用水為去離子水。甲酸、甲醛和丙酮(均為分析純)；顆粒活性炭（已洗凈干燥）。（2）儀器酒精燈；石棉網(wǎng)；三腳架；玻璃棒；燒杯；量筒；滴管；移液管；磁鐵；DG-202型電熱恒溫干燥箱；PHS-3C型精密電子pH計；LG10-24A型離心機；BS210S電子天平；1000ml磨口瓶(距杯底部10mm處設(shè)置取樣口)；（3）實驗步驟①磁性氧化鐵的制備其試驗步驟是:將7.2g的FeSO4·7H2O和9.8g的FeCl3·6H2O加入20ml水中加熱到70℃全部溶解以后，加入濃度為5mol/l的Na0H20ml，快速攪拌在恒溫70℃生成氧化鐵沉淀。用Na0H滴定直到溶液呈堿性。用水將其洗滌，除去剩余的鹽類。為了阻止生成物的絮凝沉積，有效地抑制粒子的長大，獲得細小的分布均勻的粒子，加入0.8g的表面活性劑月桂酸，同時滴加5mol/l的Na0H以增其溶解度，攪拌10min，將其裝入容器中加熱到90℃，恒溫30min，以使月桂酸充分吸附到磁性粒子的顆粒上。加HCI調(diào)整pH值4~5，在60℃水浴中加熱1h，以形成所需要的磁性氧化鐵，稱為催化活化法制備氧化鐵(記為FeO3.2.2磁性氧化鐵/活性炭(FeO/AC)的制備（1）主要材料及藥品①藥劑制備的FeO磁性氧化鐵材料；活性炭；氨水；過氧化氫；Na0H；十二烷基硫酸鈉和異丁基聚磷酸鈉均為分析純；實驗用水為去離子水。②儀器l000ml磨口瓶(距杯底部10mm處設(shè)置取樣口)；攪拌器；加熱爐。（2）實驗步驟FeO/AC復(fù)合材料的制備方法是催化法，即將制備FeO時的磁流體中，加入水洗3次除去其表面雜質(zhì)的活性炭試樣20g，將其浸入溶液中，攪拌10min，向其中加10ml0.002mol/l的活化劑氯化鈣，攪拌3min以后加入鹽酸溶液調(diào)節(jié)pH值到2.2，然后繼續(xù)攪拌20min，磁化劑就可以完全吸附在活性炭上，水洗3次，于50℃下干燥，即可得到活性炭/磁性氧化鐵的復(fù)合吸附材料。（另一份顆?；钚蕴孔隹瞻自囼瀸φ眨?.3改性活性炭對污水廠污染物的模擬吸附實驗3.3.1活性炭改性對Pb2+的吸附Pb2+溶液的配制和標準曲線的繪制(l)配制1g/L的硝酸溶液：準確稱取0.3996gPb(NO3)2(分析純)，用蒸餾水溶解后，加入2.5mL濃硝酸，定容于250mL容量瓶中。(2)按照實驗濃度的要求，用移液槍分別量取1g/L的硝酸鉛溶液0.1035mL；0.207mL；0.414mL；0.621mL；0.828mL，移至5個1000mL的容量瓶中，加蒸餾水稀釋，定容，其濃度各自為：0.5μmol/L；1.0μmol/L；2.0μmol/L；3.0μmol/L；4.0μmol/L，備用。(3)用分光光度計分別測出它們的吸光度，繪制出Pb2+溶液的標準曲線。恒溫吸附移取上述制得的4μmol/L的Pb(NO3)2溶液各100mL，裝入7個錐形瓶中。調(diào)節(jié)其PH值為4.0，分別加入0.2g制得的7種活性炭，于298K下在數(shù)顯水浴恒溫振蕩器中震蕩24h，過濾，用原子吸收分光光度計測定濾液的濃度。3.3.2活性炭改性對Cd2+的吸附Cd2+溶液的配制和標準曲線的繪制按照實驗濃度的要求，用移液管分別量取10mg/L的鎘標準溶液溶液5.6mL；11.2mL；22.4mL；33.6mL；44.8mL，移至5個1000mL的容量瓶中，加蒸餾水稀釋，定容，其濃度各自為：0.5μmol/L；1.0μmol/L；2.0μmol/L；3.0μmol/L；4.0μmol/L，備用。用分光光度計分別測出它們的吸光度，繪制出Cd2+溶液的標準曲線。恒溫吸附移取上述制得的4μmol/L的鎘離子溶液各100mL，裝入7個錐形瓶中。用0.1mol/L的NaOH溶液調(diào)節(jié)其pH值為8.0左右，分別加入0.2g制得的7種活性炭，于20℃下在數(shù)顯水浴恒溫振蕩器以160r·min-1的搖速3.3.3活性炭改性對苯酚的吸附實驗苯酚標準曲線用苯酚標準液準確配制一系列不同濃度苯酚溶液：0.1mg/L、0.2mg/L、0.6mg/L、1.0mg/L、1.4mg/L、2.0mg/L、2.5mg/L，于50mL比色管中，用分光光度計測出其吸光度，繪制出吸光度對苯酚濃度的標準曲線。恒溫吸附移取上述制得的2.0mg/L的苯酚溶液各100mL，裝入7個錐形瓶中。調(diào)節(jié)其PH值為6.0左右，分別加入0.2g制得的7種活性炭，于10-15℃下在數(shù)顯水浴恒溫振蕩器中震蕩24h，過濾，用原子吸收分光光度計3.3.4活性炭改性對三氯甲烷的吸附三氯甲烷溶液的配制和標準曲線的繪制三氯甲烷溶液用分析純的三氯甲烷配制，配制水樣用水系再煮沸20min的蒸餾水。取7個50mL比色管，分別加入氯仿標準溶液0，0.20，0.40，0.80，1.20，1.60及2.0ml（濃度各為0，10，20，40，60，80，100μg/dm3）加蒸餾水至刻度。瓶口用醫(yī)用橡皮塞封口，用細鐵絲勒緊,加入少量NaCl置于40℃數(shù)顯水浴恒溫振蕩器中平衡30min，使用同溫度的注射器取液上空氣0.5mL注入色譜儀測定，繪制氯仿的標準曲線恒溫吸附移取上述制得的80μg/dm3氯仿溶液各1000mL，裝入7個錐形瓶中，調(diào)節(jié)pH=7（用0.01mol/dm3的中性磷酸緩沖液調(diào)節(jié)），再分別加入1g制得的7種活性炭。于25℃第4章實驗結(jié)果4.1活性炭改性對Pb2+的吸附結(jié)果4.1.1Pb2+的標準曲線表1Pb2+濃度和吸光度的實驗數(shù)據(jù)Pb2+濃度x(mg/L)0.10350.2070.414 0.6210.828吸光度A0.0060.0080.0130.0180.022圖1鉛的標準曲線4.1.2吸附時間對Pb2+移取100mL配制好的0.828mg/L的Pb（NO3）2溶液于250mL錐形瓶中，調(diào)節(jié)溶液的pH值為4.0，加入0.2g的活性炭，于298K下在數(shù)顯水浴恒溫振蕩器中震蕩，分別吸附1h、3h、5h、8h、14h、24h和48h。過濾，測定濾液的濃度。為了確定最佳的吸附時間，研究了不同吸附時間對吸附效果的影響，如下圖所示。圖2吸附時間和Pb2+吸附量的關(guān)系當(dāng)吸附時間為24h時，活性炭的吸附量達到最大值，.這說明經(jīng)過24h后，對所有的活性炭來說，都達到了吸附平衡，活性炭表面吸附的Pb2+會與溶液中剩余的Pb2+產(chǎn)生排斥作用，阻礙進一步的吸附。因此，采用吸附時間為24h作為最佳實驗時間。4.1.3溶液pH值對Pb2+吸附的影響移取l00mL配制好的6份0.828mg/L的Pb（NO3）2溶液于250mL錐形瓶中，分別加入0.2g的活性炭，調(diào)節(jié)溶液的pH值為1.0、2.0、3.0、4.0、5.0和6.0，于298K在數(shù)顯水浴恒溫振蕩器中震蕩24h。過濾，測定濾液的濃度。溶液pH值是溶液中H+的含量的一種表征，并且鉛離子在水溶液中存在多種形式，如Pb2+，Pb(OH)+，Pb(OH)2等。因此pH值對活性炭的親水性能和吸附Pb2+有著重要的影響。下圖是活性炭在不同pH值下對吸附的影響關(guān)系圖：圖3pH和Pb2+吸附量的關(guān)系從上圖知，隨著pH值的增加，吸附量也隨著增加，當(dāng)pH值增加到4時，對三種活性炭來說，基本達到最大值，進一步增加pH值，活性炭的吸附量也隨著降低，因此，在后續(xù)的吸附試驗中，采用Pb2+溶液的pH值為4。4.1.4改性活性炭對Pb2+的吸附探究實驗在最佳pH=4，最佳震蕩時間=24h，活性炭投加量=0.2g的情況下進行，7種樣本對Pb2+的去除效果如下表2所示：表2不同種類活性炭對Pb2+的吸附率活性炭種類改性方法Pb2+初始濃度Pb2+處理后濃度吸附率11.2mol/L硝酸改性0.828mg/L0.0843mg/L89.82%23.5mol/硝酸改性0.828mg/L0.0785mg/L90.52%37.2mol/L硝酸改性0.828mg/L0.0412mg/L95.02%413.2mol/L硝酸改性0.828mg/L0.0583mg/L92.96%50mol/L硝酸改性0.828mg/L0.1290mg/L84.42%6未改性顆粒AC0.828mg/L0.1950mg/L76.45%7負載氧化鐵改性0.828mg/L0.0983mg/L88.13%4.1.5本章小結(jié)（1）改性活性炭吸附Pb2+的最佳pH值為4，最佳活性炭投加量為0.2g，最佳吸附時間為24小時。（2）實驗證明：硝酸改性和負載金屬氧化鐵改性對活性炭吸附Pb2+的效果都有提高。而用硝酸氧化改性效果高于用負載氧化鐵改性的效果，硝酸濃度為7.2mol/L時吸附率最高，改性效果最好。4.2活性炭改性對Cd2+的吸附結(jié)果4.2.1Cd2+的標準曲線表3Pb2+濃度和吸光度的實驗數(shù)據(jù)Cd2+濃度x(mg/L)0.0560.1120.2240.3360.448吸光度A0.066470.128620.252910.377200.50149圖4鎘離子的標準曲線4.2.2吸附時間對Cd2+在活性炭的吸附過程中，振蕩時間對吸附效果也有較大的影響，溶液中的吸附質(zhì)占據(jù)活性中心是一個漸進的過程，即需要一定的時間來使吸附達到平衡，這一段時間即所謂的吸附平衡時間。只有達到了吸附平衡時間,活性炭才能最大限度的發(fā)揮效能。移取上述制得的4μmol/L的鎘離子溶液，各100mL，加入0.2g的活性炭，在數(shù)顯水浴恒溫振蕩器中震蕩不同的時間，其結(jié)果見下圖。圖5吸附時間和Cd2+吸附量的關(guān)系可以看出：鎘離子在活性炭上的吸附容量均隨吸附時間的增加而增加,但當(dāng)吸附時間達60min左右時則基本不變。開始時吸附容量上升很快是因為此時重金屬離子在活性炭上的吸附主要發(fā)生在外表面上,隨著吸附的進行,吸附質(zhì)逐漸由大孔經(jīng)過過渡孔深入到微孔中,重金屬在內(nèi)孔中傳質(zhì)速度逐漸減慢,吸附容量隨時間緩慢增加,直至達到吸附平衡。因此為了確保吸附充分達到平衡,取振蕩時間為24h。4.2.3溶液pH值對Cd2+移取上述制得的4μmol/L的鎘離子溶液6份，各100mL，在不同酸度介質(zhì)中,按實驗方法調(diào)節(jié)pH，加入0.2g的活性炭，在數(shù)顯水浴恒溫振蕩器中震蕩24h，并測定吸光度。結(jié)果如下圖所示。圖6pH和Cd2+吸附量的關(guān)系從上圖可知：活性炭吸附鎘的適宜pH為8左右。為滿足實驗要求，同時考慮到溶液酸堿性對儀器的腐蝕，本實驗選擇pH=8.0作為吸附酸度。4.2.4改性活性炭對Cd2+表4不同種類活性炭對Cd2+的吸附率活性炭種類改性方法Cd2+初始濃度Cd2+處理后濃度吸附率11.2mol/L硝酸改性0.448mg/L0.1656mg/L63.03%23.5mol/硝酸改性0.448mg/L0.1399mg/L68.76%37.2mol/L硝酸改性0.448mg/L0.1237mg/L72.38%413.2mol/L硝酸改性0.448mg/L0.1358mg/L69.68%50mol/L硝酸改性0.448mg/L0.398mg/L11.16%6未改性顆粒AC0.448mg/L0.2180mg/L51.30%7負載氧化鐵改性0.448mg/L0.1760mg/L60.71%4.2.5(1)硝酸氧化改性前的粉末活性炭對Cd2+基本不吸附，經(jīng)硝酸氧化改性后的活性炭對Cd2+有明顯的吸附效果；負載金屬改性后的顆?；钚蕴恳脖任刺幚淼钠胀w粒活性炭處理Cd2+的效果好。(2)濃度為7.2mol/L的硝酸改性效果最佳。(3)硝酸改性的效果比負載金屬氧化鐵改性的效果好些。4.3活性炭改性對苯酚的吸附結(jié)果4.3.1苯酚的標準曲線表5苯酚濃度和吸光度的實驗數(shù)據(jù)：苯酚濃度x(mg/L)01.01.42.02.5吸光度A0.0060.0130.0250.0670.1270.1690.2460.313圖7苯酚的標準曲線4.3.2溫度對苯酚吸附的影響移取100mL2.0mg/L的苯酚溶液，放入洗凈烘干的不同標號的碘量瓶(250mL)中，分別加入0.2g活性炭，蓋緊瓶蓋;將碘量瓶放入恒溫搖床中，設(shè)定溫度分別為10、20、35、45、55℃，在數(shù)顯水浴恒溫振蕩器中震蕩24小時左右;振蕩后，取上層清液1mL分析，方法同繪制標準曲線的分析方法，測定其吸光度。下圖是活性炭在不同溫度下對吸附的影響關(guān)系圖：圖8溫度和苯酚吸附量的關(guān)系由實驗結(jié)果可以看出，隨著溫度的升高活性炭纖維對苯酚的吸附量略微降低，在10℃時活性炭纖維對苯酚的吸附量最大，說明在溫度較低時有利于活性炭纖維吸附水溶液中的苯酚，在以下實驗中實驗溫度控制在10-154.3.3溶液pH值對苯酚吸附的影響移取100mL2.0mg/L的苯酚溶液，放入洗凈烘干的不同標號的碘量瓶(250mL)中，分別加入0.2g活性炭，用0.1mol/L鹽酸和0.1mol/L氫氧化鈉調(diào)節(jié)各瓶中溶液的酸堿度，蓋緊瓶蓋;將碘量瓶放入恒溫搖床中，設(shè)定溫度為10-15℃，在數(shù)顯水浴恒溫振蕩器中震蕩24小時左右，達到平衡下圖是活性炭在不同pH下對吸附的影響關(guān)系圖：圖9pH和苯酚吸附量的關(guān)系可以看出，pH對活性炭纖維吸附苯酚有顯著的影響。水樣中的苯酚濃度均相同，當(dāng)pH在2-6范圍內(nèi)，活性炭纖維對苯酚的吸附量基本保持不變，pH的影響可以忽略；pH在7-9內(nèi)，隨著pH的增大，苯酚在水溶液中發(fā)生電離，活性炭纖維對苯酚吸附量減少。在酸性范圍內(nèi)，有利于活性炭纖維對苯酚的吸附，隨著堿性的增加，苯酚的脫附性增大，不利于活性炭纖維對苯酚的吸附。因此，控制含酚水溶液的pH在酸性條件下有利于吸附，以下實驗pH均調(diào)節(jié)在6.0。4.3.4改性活性炭對苯酚的吸附探究實驗在最佳pH=6.0，最佳震蕩時間=24h，最佳溫度=10-15℃的情況下進行，7種樣本對苯酚的去除效果如下表3表6不同種類活性炭對苯酚的吸附率活性炭種類改性方法苯酚初始濃度苯酚處理后濃度吸附率11.2mol/L硝酸改性2.0mg/L0.6230mg/L68.85%23.5mol/硝酸改性2.0mg/L0.6358mg/L68.21%37.2mol/L硝酸改性2.0mg/L0.6456mg/L67.72%413.2mol/L硝酸改性2.0mg/L0.7358mg/L63.21%50mol/L硝酸改性2.0mg/L0.6008mg/L69.96%6未改性顆粒AC2.0mg/L0.2272mg/L88.64%7負載氧化鐵改性2.0mg/L0.1454mg/L92.73%4.3.5可以看出，同原粉末活性炭比較，經(jīng)硝酸改性后的粉末活性炭吸附苯酚能力略有下降。分析：經(jīng)硝酸氧化的粉末活性炭表面的含氧基團增多，增強了對極性物質(zhì)的吸附能力，苯酚為非極性物質(zhì)，所以，吸附能力降低；另外，硝酸的強氧化性使粉末活性炭表面發(fā)生氧化還原反應(yīng)，含氧基團轉(zhuǎn)化為更加穩(wěn)定的基團，使粉末活性炭的活性降低;強酸的強氧化性和腐蝕性可能導(dǎo)致粉末活性炭表面炭層結(jié)構(gòu)的坍塌，使其表面的微空結(jié)構(gòu)遭到破壞，更加不利于粉末活性炭對高濃度苯酚水樣的吸附。而用負載金屬氧化鐵改性的顆粒活性碳對苯酚的處理效果則比較好，高于改性前的普通顆?；钚蕴?。4.4活性炭改性對三氯甲烷的吸附結(jié)果4.4.1三氯甲烷的標準曲線圖10氯仿的標準曲線4.4.2溶液pH值對三氯甲烷吸附的影響移取制得的80μg/dm3氯仿溶液各1000mL，裝入5個錐形瓶中，再分別加入7種活性炭各1g，分別調(diào)節(jié)pH為3.6、4.8、6.2、9.0、12.2同樣用氣相色譜儀頂空法測定水樣中三氯甲烷的含量，結(jié)果如下表：表7pH值和三氯甲烷吸附的關(guān)系編號三氯甲烷（μg/dm）pH7.09.012.21#7166595856542#7368616162613#7569626363624#7671646869685#7772657271706#7270636465657#6664604659574.4.3改性活性炭對三氯甲烷的吸附探究實驗在中性條件下用氣相色譜頂空法測定：表8不同種類活性炭對氯仿的吸附率活性炭種類改性方法氯仿初始濃度氯仿處理后濃度吸附率11.2mol/L硝酸改性0.08mg/L0.061mg/L18.67%23.5mol/硝酸改性0.08mg/L0.063mg/L16.00%37.2mol/L硝酸改性0.08mg/L0.068mg/L9.33%413.2mol/L硝酸改性0.08mg/L0.072mg/L4.00%50mol/L硝酸改性0.08mg/L0.058mg/L23.00%6未改性顆粒AC0.08mg/L0.059mg/L21.33%7負載氧化鐵改性0.08mg/L0.049mg/L38.75%4.4.5由上表4可知：活性炭的表面官能團嚴重影響著活性炭的吸附性能?；钚蕴拷?jīng)硝酸氧化后活性炭對三氯甲烷的吸附量減少。特別是3#、4#活性炭基本上喪失了對三氯甲烷的吸附性能。這是由于三氯甲烷為極性分子，在中性條件下，三氯甲烷的C原子帶正電荷，容易受到給電子集團NH3的進攻，而發(fā)生親核反應(yīng)。另一方面，活性炭經(jīng)硝酸氧化后，活性炭的表面酸性提高了，其親水性也增加了，這不利于活性炭對以疏水性為主的三氯甲烷的吸附，由此可見，活性炭的表面化學(xué)特性嚴重地影響了活性炭的吸附性能。而負載金屬氧化鐵改性后的顆?；钚蕴縿t效果比未改性的好。第5章實驗結(jié)論本論文在查閱了大量國內(nèi)外有關(guān)活性炭改性和應(yīng)用發(fā)展的文獻的基礎(chǔ)上，展開了活性炭的改性實驗，主要采用了兩種改性方法，一種是使用不同濃度的硝酸對粉末活性炭進行氧化改性；另一種是負載金屬氧化鐵對顆?；钚蕴窟M行負載改性。接下來用改性后的和改性前的活性炭共同處理城市污水廠的出水污染物Pb2+，Cd2+，苯酚和三氯甲烷，比較各自的處理效果，得出實驗數(shù)據(jù)。根據(jù)所做的實驗可以得出一下結(jié)論：（1）經(jīng)硝酸氧化改性后的粉末活性炭，對金屬離子Pb2+和Cd2+都有較好的明顯的去除效果，而且硝酸濃度為7.2mol/L時改性活性炭對Pb2+和Cd2+吸附率最高，改性效果最好。（2）經(jīng)硝酸氧化改性的活性炭對有機污染物苯酚和氯仿的去除，沒有明顯的效果甚至有反作用。（3）而經(jīng)負載金屬氧化鐵改性后的顆?；钚蕴縿t在處理四種出水污染物時的吸附率均有所提高。

致謝衷心感謝我的指導(dǎo)老師祝建中老師，祝老師在實驗過程中為我創(chuàng)造了相對寬松的環(huán)境，同時也為我提供了良好的實驗條件，并給予我極大的支持和關(guān)注。在本論文的編寫和實驗過程中，得到何蘇學(xué)姐的大力支持和指導(dǎo)，學(xué)姐循循善誘的教導(dǎo)和務(wù)實的做事風(fēng)格給我很大的觸動，同時也給我在后面的學(xué)習(xí)和生活中樹立了良好的榜樣，再次對她表示衷心的感謝。在四年的學(xué)習(xí)中，感謝環(huán)境學(xué)院的各位領(lǐng)導(dǎo)，老師的關(guān)懷與教導(dǎo)，祝他們工作順利，身體健康！再次感謝我的指導(dǎo)教師祝建中最后感謝所有給予我關(guān)心、幫助和支持的親人和朋友們!謝謝你們在生活上和精神上默默支持我！

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