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廣東韓研活性炭科技股份有限公司
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閱讀：225發(fā)布時(shí)間：2021-11-29
活性炭對(duì)天然水中砷的電吸附，已經(jīng)在使用顆粒狀活性炭作為吸附劑和Pt/Ti和石墨作為電極的濾器電化學(xué)電池中研究了天然水中砷的吸附和電吸附。當(dāng)在電極之間施加電流時(shí)，特別是當(dāng)活性炭位于陽(yáng)極附近時(shí)，實(shí)現(xiàn)砷濃度的顯著降低。這種增強(qiáng)可以用極化的碳表面和砷離子之間的靜電相互作用的存在以及由于As(III)到As(V)的氧化引起的溶液中的砷的分布的變化來(lái)解釋?？傊?，在壓濾室上的電化學(xué)吸附可用于在真實(shí)的地下水處理中用活性炭增強(qiáng)砷的治理。
活性炭是從污染水中去除有機(jī)和無(wú)機(jī)污染物的吸附劑。用于調(diào)整其表面化學(xué)性質(zhì)和孔徑分布的不同技術(shù)的可用性使得可以調(diào)整它們的表面特性以匹配要求以盡可能地增強(qiáng)水或氣體混合物中給定組分的吸附。已知使用這些多孔碳材料的吸附處理將高效率和合理的成本相結(jié)合。更具體地說(shuō)，用活性炭作為吸附劑修復(fù)濃度在百萬(wàn)分率(ppm)范圍內(nèi)的金屬離子已被證實(shí)是可以實(shí)現(xiàn)的。但是要找到有關(guān)重金屬污染濃度在毫克/升以下的水處理例子要困難得多。在這些條件下，據(jù)報(bào)道活性炭對(duì)水處理是無(wú)效的吸附劑。在這些情況下，向吸附劑施加受控電位可以通過(guò)在被稱為電吸附的過(guò)程中在活性炭表面上形成可由重金屬離子部分形成的雙電層來(lái)增強(qiáng)吸附。這種現(xiàn)象與超級(jí)電容器中的能量?jī)?chǔ)存以及水凈化的電容去離子化具有相同的基本原理，足夠的孔徑分布和可接受的電導(dǎo)率，例如活性炭。
從應(yīng)用的角度來(lái)看，目前的工作重點(diǎn)是在活性炭上使用砷電吸附的可行性。考慮到這個(gè)目標(biāo)，從污染的天然水中去除十億分之幾(ppb)濃度的砷已經(jīng)在使用商業(yè)化的廢水處理活性炭作為吸附劑的壓濾機(jī)中進(jìn)行了研究。當(dāng)設(shè)想在經(jīng)濟(jì)和工程方面的技術(shù)的可行性時(shí)，重要的是要考慮使用已被證明是可實(shí)施的和可擴(kuò)展到更大尺寸的材料和設(shè)備。這與使用選定的活性炭和壓濾室進(jìn)行電吸附處理是一致的，這是在水處理工業(yè)中容易獲得并廣泛使用的裝置。為了在電吸附過(guò)程中確立極化的作用，已經(jīng)研究了在陽(yáng)極或陰極室中放置活性炭的效果。
壓濾機(jī)中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)
在活性炭實(shí)驗(yàn)中，坤的吸附和電吸附使用類似于我們研究小組以前的工作中使用的壓濾機(jī)進(jìn)行。圖1說(shuō)明了該單元的主要組成部分。它被分成兩個(gè)區(qū)室，在這里被稱為陽(yáng)極和陰極，每個(gè)區(qū)室由以下組成：(i)具有一個(gè)噴嘴的流量分配器，其可以用作進(jìn)水口或出水口，(ii)活性炭顆粒和電極，(iii)提供用于分配活性炭顆粒的體積的接頭，(iv)電極。通過(guò)(v)兩個(gè)螺旋鐵板將隔室緊密連接在一起，(vi)在陽(yáng)極和陰極之間顯示最終接頭。在這項(xiàng)工作中，壓濾室水平放置而沒有隔室分離(即在隔室之間不使用選擇性離子膜)。所述細(xì)胞具有20cm的平面電極面積2。每個(gè)電化學(xué)室的寬度為0.9厘米，體積為18厘米3。Ag / AgCl 3M KCl參考電極通過(guò)自制的拖車連接器連接到膜隔室(vi)，用于在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中測(cè)量電極電位。在電吸附實(shí)驗(yàn)中，石墨電極和鍍鉑鈦(Pt / Ti)電極分別用作陰極和陽(yáng)極。含坤水連續(xù)攪拌，并以1L / min的速度通過(guò)離心泵從位于電解池上方的容器中通過(guò)電解池泵送。所有電池體積均充滿水，因此提供了電極與活性炭和電解質(zhì)之間的充分接觸。整個(gè)實(shí)驗(yàn)期間，使用冷凍循環(huán)將溫度控制在25℃。
圖1.活性炭實(shí)驗(yàn)用壓濾機(jī)的裝置。
活性炭對(duì)坤的電吸附性能
在沒有電流的情況下，在電流不存在的情況下依次進(jìn)行。作為時(shí)間的函數(shù)的吸附的砷進(jìn)行了五個(gè)階段的實(shí)驗(yàn)。在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中，活性炭被放置在陽(yáng)極附近。10小時(shí)后達(dá)到高原砷吸收平臺(tái)，正常吸附24小時(shí)后砷濃度保持在34微克/升。此時(shí)，在電極之間施加1.5V的電壓24小時(shí)，這導(dǎo)致在含砷水中額外攝取超過(guò)0.9μg/ g并且砷濃度為25.3μg/ L。電壓的增加導(dǎo)致更高的As去除率(在2.5和3.0V的電吸附處理后水中的濃度為21.2和18.2μg/ L)，并且在所有三種情況下，可以區(qū)分具有不同動(dòng)力學(xué)速率的兩個(gè)不同吸附區(qū)域，是每個(gè)電壓階段初始階段發(fā)生的一次。
總之，電吸附增強(qiáng)了活性炭對(duì)砷的吸收。該處理的這一積極結(jié)果是使用在ppb范圍內(nèi)具有低As含量的天然地下水獲得的，表明處理可以在真實(shí)條件下進(jìn)行。所提出的處理是可行的，使用容易獲得的材料和裝置，即使用普通的活性炭用于水處理和壓濾機(jī)。使用陽(yáng)極極化獲得結(jié)果，其中在碳表面上誘導(dǎo)的正電荷有利于所研究的天然水中存在的As(V)陰離子的吸附。
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