1、活性炭去除水中四氯化碳的影響因素試驗研究張滿滿 1，肖昕 1，朱雪強 1，譚敏 2（1. 江蘇省資源環境信息工程重點實驗室，中國礦業大學環境與測繪學院，江蘇徐州221116；2. 環河海大學境學院，南京 210098）摘要：活性炭具有較好的吸附特性和再生性，可以作為一種高效的吸附材料，而四氯化碳(CCL4)具有性質穩定、難以自然降解的特點，因此可以利用活性炭的強吸附性去除四氯化碳。通過批量化試驗研究了活性炭對四氯化碳的去除特性及影響因素。結果表明：(1) 四氯化碳的去除效果隨著活性炭投加量的增加而增大，活性炭與四氯化碳溶液的接觸面積越大，吸附效果越好。(2) 活性炭粒徑越小，對四氯化碳的吸附效

2、果越好。然而當活性炭投加量達到某一值之后，四氯化碳去除率增幅不太明顯。(3) 隨著吸附時間的推延，活性炭對四氯化碳的吸附去除效果增加，但速率卻隨之減小。(4) 酸性條件下活性炭對四氯化碳的去除效率較高，但 pH 對四氯化碳的吸附影響作用不是太大，不是活性炭對四氯化碳吸附的主導性影響因子。關鍵詞：四氯化碳；活性炭；吸附；去除率中圖分類號：X592文獻標識碼：AThe influence factors of adsorption of ccl4 in water by activecarbonZhang Manman1, Xiao Xin1, Zhu Xueqiang1, Tan Min2(1.

3、 Jiangsu Provincial Key Laboratory of Resources and Environmental InformationSystem,School of Environmental Science and Spatial Informatics,China University of Mine andTechnology, Xuzhou Jiangsu 221116; 2. College of Environment, Hehai University，NanjingJiangsu 210098)Abstract: Active carbon is a ki

4、nd of high efficient adsorption material with good adsorption andreproducibility. Carbon tetrachloride has been characterized by stable properties and difficult to bedegraded, so active carbon absorption method was used in the treatment of removing the carbontetrachloride. The removal rate of carbon

5、 tetrachloride and influence factors were investigated in thispaper. The results showed that: (1) The removal efficiency of carbon tetrachloride increases with theadding of dosage of active carbon and contact area between carbon tetrachloride and active carbon. (2)The adsorption efficiency increases

6、 with the decrease of particle size of active carbon. When dosage ofactive carbon up to a certain value, it has few influence on the removal efficiency. (3) With theincrement of adsorption time, the removal efficiency is increased, but the rate is reduced. (4) Under theacidic condition the removal e

7、fficiency is increased. pH has few influence on the adsorption efficiency,and it is not belong to the dominant influencing factors.Key words: carbon tetrachloride; active carbon; adsorption; removal efficiency人類生活生產中所產生的固體、液體、氣體廢物的不合理處置，導致許多污染物以不同途徑侵入地下水環境1，造成日益嚴重的地下水污染問題。資料顯示我國 90的城市地下水遭受不同程度的有機和無機

8、有毒有害污染物的污染2，四氯化碳（CCl4）等氯代脂肪烴由于其環境持久性及危害嚴重性引起了國內外專家的廣泛關注3。四氯化碳因為其環境持久性及強毒性已被美國列為 129 種“水中優先控制污染物黑名單”之中4，在一些西歐國家也明令禁止該類污染廢水的外排5，而在我國也嚴格規定了其相應地控制標準，例如：地表環境質量標準（GB38382002）、生活飲用水衛生標準（GB57492006）以及污水綜合排放標準（GB89781996）等6-8。作者簡介：張滿滿（1988-），女，碩士研究生，主要研究方向：環境化學和環境毒理學通信聯系人：肖昕，副教授，主要研究方向：環境化學、環境毒理學，396071328-1

9、-四氯化碳等氯代脂肪烴是一類對人體產生嚴重毒害作用的有機物。它作為一種重要的化工原料和有機溶劑被廣泛應用于工業農業生產中，其生產合成過程中的中間產物或副產品排放到環境中以及產物因自身的處置或存儲不當而進入到土壤、地下水環境4。由于氯代脂肪烴的化學性質大都非常穩定，難以分解，能夠在各種環境介質中長期存在，再加上地下水環境的特殊條件，致使它一旦進入地下水中，便很難依靠環境的自凈作用而被降解。因此，氯代脂肪烴的地下水污染防治技術難度很大。我國不少地區因為地下水中的四氯化碳污染問題對人們飲用水安全造成了威脅，危害著人類的健康。面對四氯化碳嚴重污染與水資源短缺之間的矛盾，開展四氯化碳污染的場地修復對飲水

10、安全及生態安全具有重要意義9-13。本文以活性炭為反應介質，通過批量化實驗研究了四氯化碳的去除特性及其影響因素，分析了反應動力學過程，并探求了反應機理。1 試驗材料與方法1.1 試驗儀器與藥品試驗儀器：安捷倫 6890N 自動頂空進樣氣相色譜儀、G1888 頂空進樣器；HYG-IIa 回轉式恒溫調速搖瓶柜、FA1004 電子天平、DHG-9140A 型電熱恒溫鼓風干燥箱；試驗藥品：四氯化碳（AR 級）、甲醇（AR 級）、氫氧化鈉（AR 級）、鹽酸（AR 級）。1.2 分析方法本試驗選取四氯化碳為目標污染物，以活性炭為研究對象，研究在不同反應條件下對四氯化碳的去除效果的影響規律。四氯化碳的濃度測

11、定采用自動頂空氣相色譜儀方法測定14-151.2.1 儀器條件氣相色譜儀：Agilent 6890N 配有 G1888 自動頂空進樣器；色譜柱，HP-5 毛細管柱(30m×0.32m×0.25µm)；檢測器選取電子捕獲檢測器(ECD)；載氣選用高純氮。1.2.2 運行條件頂空進樣器條件：瓶區，40 ；Loop，85；傳輸線，105；瓶平衡時間，10 min；注射時間，1min；色譜柱柱流量，2mL/min；柱溫，50；爐溫，80；保留時間，6min；進樣口溫度，150；檢測器 ECD 溫度，250；尾吹氣流量+柱流量，60mL/min；載氣流速，12.5mL/mi

12、n。2 結果與分析2.1 活性炭粒徑和投加量的影響將血清瓶處于兩種不同狀態，即豎立和倒放，如圖 1 所示。-2-。Fig.1圖 1 振蕩器中瓶子擺放情況dispose situation of bottles in the oscillator向四氯化碳質量濃度為 50µg/L 的水中，加入不同量的活性炭（<40 目），結果見表 1，活性炭（<40 目）投加量對 CCl4 去除率的影響見圖 2。表 1活性炭投加量及相應 CCl4 的去除率Table 1Dosage of active carbon and removal efficiency of CCl4血清瓶放置方式

13、血清瓶豎立血清瓶倒放粒徑活性炭粒徑<40 目活性炭粒徑<40 目活性炭粒徑=50 目活性炭粒徑=100 目活性炭投加量/g00.10.20.30.512CCl4 剩余量/µg/L35.628.723.120.718.817.416.8CCl4 去除率/%28.842.653.858.662.465.266.4CCl4 剩余量/µg/L35.726.619.217.215.114.013.0CCl4 去除率/%28.646.861.665.669.872.074.0CCl4 剩余量/µg/L36.923.616.612.19.58.17.8CCl4 去除

14、率/%26.252.866.875.881.083.884.4CCl4 剩余量/µg/L38.916.810.56.45.3.93.7CCl4 去除率/%22.266.479.087.290.092.292.6圖 2 活性炭（<40 目）投加量對 CCl4 去除率的影響Fig.2Influence of dosage of activated carbon（<40 mesh）on removal efficiency由圖 2 可知，不管是將血清瓶倒放還是豎立，四氯化碳的去除率均隨著活性炭投加量的增加而增大。血清瓶倒放時四氯化碳的去除率比豎立時四氯化碳的去除率要高，這是由于

15、血清瓶倒放時活性炭與四氯化碳溶液的接觸面積較大，所以吸附效果較好。但總體來說吸附效果還不是很理想，可能是由于活性炭顆粒較大、比表面積較小所致，所以試驗繼續改用 50目和 120 目的兩種活性炭進行相同驗證試驗，但此時只考慮將血清瓶倒放的處理效果，結果如圖 3 所示。-3-圖 3活性炭（50 目和 100 目）投加量對 CCl4 去除率的影響Fig.3Influence of dosage of CCl4 activated carbon（50 mesh and 100 mesh）on removal efficiency由圖 3 可以看出，活性炭對四氯化碳的去除率隨著活性炭投加量的增加而增大，

16、而且過50 目篩的活性炭對四氯化碳的去除率比過 100 目篩小，即活性炭粒徑越小，對四氯化碳的吸附效果越好，去除率越高。然而當活性炭投加量達到某一值之后，四氯化碳去除率增幅不太明顯。這可能是因為此時活性炭已達到飽和的狀態，過量的活性炭聚集反而會限制吸附有效表面積的增加，致使去除率的增加量不明顯。2.2 反應時間的影響向四氯化碳質量濃度為 50µg/L 的水中，加入 1.0g 過 50 目篩的活性炭，并放于恒溫調速搖瓶柜中振蕩反應，搖瓶柜轉速設為 150r/min，溫度為 25，振蕩不同的時間16-17，結果見表 2，相應的四氯化碳的剩余量和去除率如圖 3 所示。表 2不同振蕩時間 C

17、Cl4 的剩余量及去除率Table 2Contents and removal efficiency of CCl4 with reaion time序號123456振蕩時間/h CCl4 剩余量/(µg·L-1)0 500.5 23.12 14.44 10.67 8.210 8.0CCl4 去除率/%053.871.278.883.684圖 4 活性炭對 CCl4 的吸附速率曲線Fig.4 Adsorption rate curve of CCl4由圖 4 可知，縱觀整個吸附過程，在剛開始的 2 h 內，曲線斜率很大，反應體系中剩余四氯化碳的濃度隨時間增長下降速度很快，說

18、明活性炭對四氯化碳的吸附速率較大。反應0.5h 時，CCl4 的去除率達 53.8%，隨著反應時間的延長，CCl4 的去除率逐漸增大，到 4h 時達到 78.8%，而 6h 時，去除率為 84%，說明隨著吸附時間的延長，活性炭對四氯化碳的吸-4-附性能發揮得越充分，吸附去除效果越好。然而隨著吸附時間的推延，四氯化碳的濃度下降逐漸變得緩慢，吸附速率隨之減小，7h后吸附速率幾乎不再增大，吸附逐漸達到平衡狀態。這是因為吸附剛開始時樣品體系中四氯化碳濃度較高，四氯化碳向吸附劑表面擴散速度較快，相應地活性炭表面也具有大量的表面空位，吸附速率較大。隨著吸附進行，四氯化碳濃度降低，活性炭表面有效吸附位逐漸被

19、四氯化碳所占據，因此吸附速率明顯下降。2.3 pH 的影響向四氯化碳質量濃度為 50µg/L 的水中，加入 1.0g 過 50 目篩的活性炭，每個樣瓶中設置不同的 pH（見表 3）。表 3不同 pH 值下 CCl4 剩余量值與去除率Table 3 Contents and removal efficiency of CCl4 with pH序號pHCCL4 剩余量/µg/L CCl4 去除率/%1 / 50 /2 1 5.4 89.23 3 8.1 83.84 7 10.2 79.65 11 11.3 77.46 14 13.2 73.6將所有瓶子放于恒溫調速搖瓶柜中振蕩反

20、應 24h，搖瓶柜轉速設為 150r/min，溫度為25，結果如圖 5 所示。圖 5 pH 對 CCl4 的去除效果曲線Fig.5 Adsorption rate curve of CCl4 with pH由圖 5 可知，隨著 pH 值的增大 CCl4 的剩余量在增加，活性炭對 CCl4 的去除率隨之降低，故酸性條件下活性炭對四氯化碳的去除效率較高，最高達到 89.2%。這可能是因為 pH值會對吸附質在水溶液中的溶解度及存在的狀態等指標產生影響。在堿性溶液中會出現“膠溶”現象和“脫吸附”現象，將活性炭本身所帶的物質也溶解到溶液中，從而增加溶液中的雜質，影響吸附效果；而在酸性條件下，可以中和活性

21、炭及原料中少量雜質所帶的電荷而聚沉18為 73.6%，二者 pH 值跨度很大，但對四氯化碳的去除率僅相差 15.6%，說明 pH 對四氯化碳的吸附有影響，但影響作用不是太大，不是活性炭對四氯化碳吸附的主導性影響因子。3 結論(1) 四氯化碳的去除率均隨著活性炭投加量的增加而增大。活性炭與四氯化碳溶液的接觸面-5-。由表 3 可知，pH=1 時，活性炭對四氯化碳的去除效果為 89.2%，而 pH=14 時，去除率積越大，吸附效果越好。(2) 活性炭粒徑越小，對四氯化碳的吸附效果越好，去除率越高。然而當活性炭投加量達到某一值之后，四氯化碳去除率增幅卻不再明顯。(3) 隨著吸附時間的延長，活性炭對四

22、氯化碳的吸附性能發揮得越充分，吸附去除效果越好。然而隨著吸附時間的推延，四氯化碳的濃度下降逐漸變得緩慢，吸附速率隨之減小，7 h 后吸附速率幾乎不再增大，吸附逐漸達到平衡狀態。(4) 隨著 pH 值的增大 CCl4 的剩余量在增加，活性炭對 CCl4 的去除率隨之降低，故酸性條件下活性炭對四氯化碳的去除效率較高。但 pH 對四氯化碳的吸附影響作用不是太大，不是活性炭對四氯化碳吸附的主導性影響因子。參考文獻 (References)1崔祥琨, 郭盛彬, 宋旭. 淺談地下水污染來源及防治對策J. 科技資訊, 2009(16): 153.Cui Xiangkun, Guo Shengbin, Son

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28、ijing: China Environmental Science Press,1996.9朱雪強, 韓寶平, 劉喜坤. 某市X供水井群四氯化碳污染特征研究J. 農業環境科學學報, 2004, 23(6):1188-1191.Zhu Xueqiang, Han Baoping, Liu Xikun. Characteristics of pollutant carbon tetrachloride in X water supply wellsin a city J. Journal of Agro-Environment Science, 2004, 23(6): 1188-1191. (

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