活性炭去除工业废水中的乙酸

　　高级氧化工艺在工业上用于处理废水，包括产生强氧化自由基，攻击污染物并破坏化学键。然而，很难将有机化合物完全矿化成CO2和H2O。乙酸是高级氧化工艺出水中的典型代表物质，为了达到高级氧化工艺出水的排放标准，活性炭吸附法去除乙酸是一种直接的方法。与粉末活性炭和颗粒活性炭相比，球形活性炭具有适当流体动力学特性。在吸附过程中，它具有灰分较小、压力损失较低、流动性较高、堆积密度较大等独特优势。

　　活性炭的形态和化学成分

　　SEM被用于研究活性炭的形态、表面粗糙度和粒度。其内部孔隙结构信息也可以通过横截面的SEM进行分析。SEM图像显示球型活性炭具有均匀的球形，粒径(直径)约为600μm(图1a)。表面比较光滑，有较大的裂纹和孔隙结构，表面有许多无序的微晶结构(图1b)。横截面显示了一些分布均匀的相对均匀的孔隙(图1c和1d)。

　　图1：活性炭表面和横截面的SEM图像。(a,b)活性炭在不同尺度下的表面形态。(c,d)活性炭横截面在不同尺度下的形态特征。

　　影响活性炭吸附乙酸的因素

　　ph值的影响，由于溶液的pH值改变了吸附剂和被吸附物的电荷，乙酸在活性炭上的吸附强烈依赖于pH值的变化。该研究是在1.5到10的pH值范围内进行的，保持其他参数不变，结果如图2(a)所示。乙酸的去除率在低于3时随着pH值的升高而逐渐增加，在pH=3时获得最大吸附去除率(58.64%)。较高的pH值，当溶液呈碱性(pH=6-10)时，直到下降到几乎为零。这种趋势可以通过活性炭表面之间的静电相互作用来解释和醋酸分子。在进一步的实验中，pH值固定在3。

　　图2：(a)pH值的影响，(b)温度的影响。

　　温度也影响吸附过程。考察了不同温度下不同浓度醋酸溶液的吸附过程，其他条件不变。结果如图2(b)所示。对于不同浓度的乙酸稀释剂，25℃时的吸附去除率高于35℃时的吸附去除率，表明吸附过程是放热的。因此进一步的实验仅在25℃下进行。对于工业应用，室温条件是可行的，无需提供额外的热源。

　　活性炭的吸附机制

　　活性炭对乙酸的吸附机理如图3所示。结合上述吸附实验和表征结果，吸附过程可能包括多个方面。首先，活性炭在足够多的孔隙中可以发生孔隙填充效应，从而有效地吸附乙酸。其次，活性炭和乙酸之间存在静电引力。在较高pH的溶液中，活性炭表面具有更多的负电荷，导致CH3COO-与活性炭表面之间的静电排斥更强。

　　图3：活性炭对乙酸的吸附机理。

　　活性炭去除工业废水中的乙酸中，我们研究了球形活性炭的乙酸吸附性能。由于其丰富的微孔结构和大的比表面积，活性炭与其他吸附剂相比具有很大的优势(吸附性能)。后续活性炭在通过简单洗脱再生后表现出良好的可回收性，这是由于完整的孔隙特性。对于实际的工厂废水，活性炭通过简单的洗脱也具有良好的吸附再生性能，对工业应用具有一定的指导意义。根据活性炭的表征探讨吸附机理，有利于开发类似的替代产品，从而进一步降低吸附剂的成本。也为活性炭在高级氧化工艺耦合吸附中的应用达到工业废水达标排放提供了科学依据。