摘要：以苯酚、聚乙二醇（PEG-6000）、腐殖酸為研究對(duì)象，采用活性炭為吸附劑，對(duì)椰殼活性炭在4組不同粒徑范圍（150~2000μm）的吸附能力進(jìn)行比較。結(jié)果表明：活性炭對(duì)苯酚的吸附量與微孔比表面積成正比；對(duì)聚乙二醇的吸附量與中孔比表面積成正比。在吸附苯酚時(shí)，粒徑小于150μm的活性炭吸附能力是粒徑1000-2000μm活性炭的1.2倍；吸附聚乙二醇和腐殖酸時(shí)，粒徑小于150μm活性炭的吸附能力是粒徑100-2000μm的4倍和1.2倍。

活性炭吸附分離性能優(yōu)良，在工業(yè)廢水深度處理及回用項(xiàng)目中得到廣泛的應(yīng)用。但在實(shí)際工程應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)，由于生化處理出水中有機(jī)污染物主要為溶解性微生物產(chǎn)物（SMP），其分子質(zhì)量呈雙峰分布特性。SMP中的大分子物質(zhì)容易在活性炭表面形成凝膠水膜，阻塞中孔擴(kuò)散傳質(zhì)通道，導(dǎo)致活性炭?jī)?nèi)部的微孔區(qū)得不到充分利用，活性炭在表觀上表現(xiàn)為吸附達(dá)到飽和，使得活性炭的再生頻繁及處理成本高昂。因此，尋求有機(jī)污染物的分子質(zhì)量與活性炭粒徑之間的規(guī)律是提高活性炭吸附性能、降低活性炭處理成本的核心與關(guān)鍵。

波濤活性炭廠家研究不同粒徑（150~2000μm）的椰殼活性炭，對(duì)苯酚、聚乙二醇、腐殖酸等不同相對(duì)分子質(zhì)量（94~20000）的有機(jī)物進(jìn)行吸附試驗(yàn),，研究活性炭粒徑與有機(jī)物分子質(zhì)量之間的定量匹配關(guān)系。結(jié)果如下：

1、吸附平衡時(shí)間

椰殼活性炭在苯酚溶液中對(duì)COD的去除效率及吸附平衡時(shí)間如表1所示。

表1椰殼活性炭對(duì)吸附質(zhì)的去除過(guò)程

由表1可見(jiàn)，椰殼活性炭在吸附苯酚的過(guò)程中溶液中COD濃度隨著時(shí)間的延長(zhǎng)而減小，在吸附過(guò)程的起始階段，活性炭對(duì)溶液中苯酚的吸附速率很快，隨著吸附反應(yīng)的繼續(xù)進(jìn)行，中后期吸附速率降低，8h后，4組粒徑活性炭基本達(dá)到吸附平衡。這是由于苯酚是一種相對(duì)分子質(zhì)量?jī)H為94.11的小分子有機(jī)物，分子直徑約為0.67nm，空間位阻很小，可快速進(jìn)人活性炭微孔中而完成吸附過(guò)程，因此較短的接觸時(shí)間即可充分達(dá)到吸附平衡。

椰殼活性炭在吸附PEG-6000的過(guò)程中，當(dāng)反應(yīng)進(jìn)行至30min時(shí)，粒徑較小的兩組椰殼活性炭的去除率已達(dá)到40%以上，在整個(gè)吸附過(guò)程中，開(kāi)始的8h內(nèi)，活性炭對(duì)PEG-6000的吸附速率很大，至12h時(shí)，活性炭對(duì)PEG-6000的去除率趨于穩(wěn)定；12h以后，吸附行為達(dá)到平衡狀態(tài)，PEG-6000的去除率隨時(shí)間的延長(zhǎng)變化不大。所以，在吸附等溫線試驗(yàn)中，以12h作為吸附達(dá)到平衡的時(shí)間。

椰殼活性炭在吸附腐殖酸的過(guò)程中，COD濃度隨著時(shí)間的延長(zhǎng)而減小，活性炭在吸附反應(yīng)開(kāi)始的30min內(nèi)，對(duì)溶液中腐殖酸的吸附速率很快。隨著吸附反應(yīng)的繼續(xù)進(jìn)行，中后期吸附速率降低，12h內(nèi)基本達(dá)到吸附平衡。所以，在吸附等溫線試驗(yàn)中，以12h作為吸附達(dá)到平衡的時(shí)間。整個(gè)吸附過(guò)程中，粒徑低于150μm的活性炭對(duì)COD的去除率約為1000~2000μm的1.5倍。

2、吸附能力比較

為分析不同粒徑活性炭吸附能力與吸附質(zhì)分子質(zhì)量間的作用規(guī)律，根據(jù)靜態(tài)吸附平衡后的平衡濃度Ce和計(jì)算得到的平衡吸附量Qe，作出不同種粒徑活性炭分別對(duì)苯酚、PEG-6000和腐殖酸的靜態(tài)吸附等溫線如圖1、圖2、圖3所示。

由圖1可見(jiàn)，活性炭對(duì)苯酚的吸附規(guī)律如下：由于活性炭的研磨，大量封閉的微孔遭到破壞，微孔區(qū)比表面積暴露在活性炭表面。苯酚分子直徑較小，在吸附過(guò)程中，活性炭對(duì)苯酚的吸附主要發(fā)生在微孔區(qū)，因此活性炭粒徑的堿小使苯酚的吸附量增加，粒徑小于150μm的活性炭對(duì)苯酚的吸附量約為粒徑1000~2000μm活性炭的1.2倍。

由圖2可見(jiàn)，活性炭的粒徑越小，對(duì)PEG-6000的吸附量越大。粒徑小于150μm的活性炭對(duì)PEG-6000的吸附量約為粒徑1000~2000μm活性炭的4倍。因此活性炭對(duì)PEG-6000的吸附規(guī)律如下：活性炭粒徑的減小能使活性炭的外表面積加大。同時(shí)，由于PEG-600分子直徑較大，隨著活性炭粒徑減小，活性炭外表面積的加大，可以改變吸附過(guò)程中PEG-6000在活性炭的中孔吸附中吸附受阻的現(xiàn)象。PEG-6000的吸附受到中孔比表面積和中孔孔徑分布的共同影響，所以對(duì)PEG-6000的吸附能力隨著活性炭粒徑的減小而上升。

由圖3可見(jiàn)，活性炭對(duì)腐殖酸吸附能力仍然隨著活性炭本身粒徑的減小而增加，中孔的比表面積決定了活性炭對(duì)大分子（如腐殖酸）的吸附能力。粒徑小于150μm活性炭對(duì)腐殖酸的吸附量約為粒徑1000~2000μm活性炭的1.2倍。

綜合圖1、圖2、圖3進(jìn)行比較，活性炭顆粒度的改變導(dǎo)致了吸附能力的改變，是由于在反應(yīng)過(guò)程中粒徑較大的活性炭?jī)?nèi)部區(qū)域比粒徑小的活性炭?jī)?nèi)部區(qū)域更難到達(dá)。因此，根據(jù)吸附質(zhì)大小，通過(guò)篩分活性炭獲得的適宜小顆粒會(huì)具有更好的吸附能力，這與A.Naoya等的研究結(jié)論一致。對(duì)小粒徑活性炭吸附能力的增強(qiáng)，試驗(yàn)的驗(yàn)證可解釋為，經(jīng)研磨后的活性炭中孔體積增加，以致打開(kāi)了狹窄而短的孔徑并使孔擴(kuò)寬，與M.Baalousha等的研究結(jié)論相符。在研磨前，一些大分子吸附質(zhì)很難進(jìn)人中孔和微孔區(qū)。而粉狀化使部分孔結(jié)構(gòu)被破壞，并暴露在活性炭的外表面，以致大吸附質(zhì)分子能夠更加充分地吸附于活性炭表面。

試驗(yàn)對(duì)椰殼活性炭進(jìn)行表征，活性炭比表面積、比孔容積和孔徑測(cè)定結(jié)果如表2所示。

表2椰殼活性炭比表面積、比孔容積和孔徑測(cè)定強(qiáng)結(jié)果

3、結(jié)論

（1）4組不同粒徑的活性炭在吸附過(guò)程中的吸附量均隨活性炭粒徑的減小而加大�；钚蕴康目紫缎再|(zhì)是影響其吸附有機(jī)污染物的主要因素。活性炭的微孔比表面積是影響其吸附小分子、弱極性有機(jī)污染物的主要因素，對(duì)吸附起決定性作用�；钚蕴繉�(duì)苯酚的吸附主要受活性炭的微孔比表面積的影響；而對(duì)于PEG-6000的吸附，受到中孔比表面積和中孔孔徑分布的共同影響；活性炭中孔的比表面積決定了活性炭對(duì)相對(duì)分子質(zhì)量10000~20000的大分子如腐殖酸的吸附能力。

（2）活性炭粒徑越��；對(duì)PEG-6000、腐殖酸的吸附效果較好，粒徑小于150μm對(duì)PEG-6000、腐殖酸的吸附能力約為粒徑1000~2000μum活性炭的4、1.2倍。滿足小粒徑活性炭的吸附能力分別比常規(guī)的活性炭的吸附能力高出很多的規(guī)律。粒徑小的活性炭的吸附能力更大。

（3）在水處理實(shí)際應(yīng)用中；可根據(jù)目標(biāo)有機(jī)物的分子質(zhì)量范圍選擇相應(yīng)的指標(biāo)來(lái)評(píng)價(jià)活性炭對(duì)有機(jī)污染物的吸附去除性能。