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活性炭對天然水中砷的電吸附

來源：韓研活性炭網作者：韓研活性炭網 2018-01-12

　　活性炭對天然水中砷的電吸附，已經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電池中研究了天然水中砷的吸附和電吸附。當在電極之間施加電流時，特別是當活性炭位于陽極附近時，實現砷濃度的顯著降低。這種增強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最穩定的砷的分布的變化來解釋。總之，在壓濾室上的電化學吸附可用于在真實的地下水處理中用活性炭增強砷的治理。

　　活性炭是從污染水中去除有機和無機污染物的首選吸附劑。用于調整其表面化學性質和孔徑分布的不同技術的可用性使得可以調整它們的表面特性以匹配要求以盡可能地增強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合。更具體地說，用活性炭作為吸附劑修復濃度在百萬分率(ppm)范圍內的金屬離子已被證實是可以實現的。但是要找到有關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，據報道活性炭對水處理是無效的吸附劑。在這些情況下，向吸附劑施加受控電位可以通過在被稱為電吸附的過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增強吸附。這種現象與超級電容器中的能量儲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率，例如活性炭。

　　從應用的角度來看，目前的工作重點是在活性炭上使用砷電吸附的可行性。考慮到這個目標，從污染的天然水中去除十億分之幾(ppb)濃度的砷已經首次在使用商業化的廢水處理活性炭作為吸附劑的壓濾機中進行了研究。當設想在經濟和工程方面的技術的可行性時，重要的是要考慮使用已被證明是可實施的和可擴展到更大尺寸的材料和設備。這與使用選定的活性炭和壓濾室進行電吸附處理是一致的，這是在水處理工業中容易獲得并廣泛使用的裝置。為了在電吸附過程中確立極化的作用，已經研究了在陽極或陰極室中放置活性炭的效果。

　　壓濾機中進行實驗

　　在活性炭實驗中，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進行。圖1說明了該單元的主要組成部分。它被分成兩個區室，在這里被稱為陽極和陰極，每個區室由以下組成：(i)具有一個噴嘴的流量分配器，其可以用作進水口或出水口，(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(v)兩個螺旋鐵板將隔室緊密連接在一起，(vi)在陽極和陰極之間顯示最終接頭。在這項工作中，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)。所述細胞具有20cm的平面電極面積2。每個電化學室的寬度為0.9厘米，體積為18厘米3。Ag / AgCl 3M KCl參考電極通過自制的拖車連接器連接到膜隔室(vi)，用于在實驗過程中測量電極電位。在電吸附實驗中，石墨電極和鍍鉑鈦(Pt / Ti)電極分別用作陰極和陽極。含坤水連續攪拌，并以1L / min的速度通過離心泵從位于電解池上方的容器中通過電解池泵送。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之間的充分接觸。整個實驗期間，使用冷凍循環將溫度控制在25℃。

　　圖1.活性炭實驗用壓濾機的裝置。

　　活性炭對坤的電吸附性能

　　在沒有電流的情況下，在電流不存在的情況下依次進行。作為時間的函數的吸附的砷進行了五個階段的實驗。在這個實驗中，活性炭被放置在陽極附近。10小時后達到高原砷吸收平臺，正常吸附24小時后砷濃度保持在34微克/升。此時，在電極之間施加1.5V的電壓24小時，這導致在含砷水中額外攝取超過0.9μg/ g并且砷濃度為25.3μg/ L。電壓的增加導致更高的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，可以區分具有不同動力學速率的兩個不同吸附區域，是每個電壓階段初始階段發生最快的一次。

　　總之，電吸附增強了活性炭對砷的吸收。該處理的這一積極結果是首次使用在ppb范圍內具有低As含量的天然地下水獲得的，表明處理可以在真實條件下進行。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。使用陽極極化獲得最好的結果，其中在碳表面上誘導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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