聚丙烯腈基活性炭纤维对钦用水中痕量六价格及总残余铝的去除

摘要

随着金属铬及铬盐在工业中的大量应用，间接导致了大量含铬废水及含铬废物的产生，由于含铬废水的不妥当处理及雨水对含铬废物的淋溶等，加大了可溶性六价铬进入作为饮用水水源的地下水及地表水的可能性，这在一定程度上增加了饮用水安全风险。
　　 铝盐类絮凝剂因其高效、低价，在净水领域得以广泛应用，为应对水源水质的恶化，给水厂往往采用提升絮凝剂投加量的解决方法，较多研究表明过量铝的摄入会对人体造成伤害，因此控制饮用水中残余铝的浓度有着较为重要的意义。
　　 针对以上问题，本文以聚丙烯腈基活性炭纤维( PAN-ACF)与市售煤基颗粒活性炭(GAC)为主要实验材料，对比分析了两种材料在接近中性条件下(pH6.8-7.6)对微污染水中痕量六价铬及自来水的总残余铝的去除效果。
　　 使用SEM、BET、FT-IR、Boehm滴定法等分析技术对实验用聚丙烯腈基活性炭纤维( PAN-ACF)、煤基颗粒活性炭(GAC)进行了表征，并对PAN-ACF进行了空气热氧化、硝酸浸渍、过氧化氢浸渍改性处理，探讨了改性PAN-ACF对六价铬吸附容量的影响。
　　 为了研究两种材料在净水时对自来水中总残余铝的去除影响，本文收集了济南地区部分水厂2008年出水水质数据，并对残余铝浓度的变化趋势进行了分析，研究了两种材料在净水时对水中总残余铝的去除影响，并进一步将PAN-ACF与GAC应用于简易家用净水装置中，进一步分析了两种材料对水中总残余铝的持续去除能力。
　　 研究结果表明，在接近中性条件下(pH6.8～7.6)，PAN-ACF与GAC对水中痕量Cr(VI)的整体去除率偏低(<20％)，吸附动力学数据表明：两种吸附剂的吸附过程更适合用伪一级动力学模型描述；吸附速率及平衡吸附量随初始浓度的升高而略有变大。由PAN-ACF的改性及其对六价铬的吸附效果影响得知：提升其比表面积（孔洞增加）对于提升吸附容量有促进作用，表面酸性官能团的量的变化影响并不占主导因素；受铝盐类絮凝剂投加量的影响，济南地区部分水厂出水中总残余铝浓度波动较大，从低于5.g/L到81ug/L，铝浓度符合标准值(GB5749-2006，0.2mg/L)，但峰值浓度仍高于部分发达国家饮用水标准中铝浓度限值(0.050mg/L);自来水中部分阴离子浓度相对较高，但对铝去除影响不大，其自身浓度几乎无变化；PAN-ACF对济南地区自来水中的痕量铝去除效果明显，仅接触20s时水中余铝已经降至5ug/L以下，经GAC接触处理的水样其余铝浓度稍高于PAN-ACF处理的水样，但亦接近于检出限5ug/L;简易型家用净水装置间歇进水实验表明，相对于GAC，PAN-ACF对自来水中的总残余铝有较好的持久去除效果；饱和后的铝负载量数据表明随着反应的进行，PAN-ACF、GAC表面位点很快饱和失去活性，对水中的微粒态铝主要以截留作用为主，PAN-ACF纤维丝间的间隙类似于GAC的大孔，在对自来水中铝去除的同时也吸附截留了其它离子及部分无机物质，整体去除效果明显优于GAC。

目录

文摘

英文文摘

CONTENTS

第一章 绪论

1.1 活性炭纤维的特性及其在水处理领域中的应用综述

1.1.1 活性炭纤维的微观物理结构及表面化学特性

1.1.2 活性炭纤维的改性及其功能化

1.1.3 活性炭纤维在水处理领域中的国内外应用综述

1.2 饮用水中痕量六价铬、残余铝的来源及危害

1.2.1 水中六价铬的来源、危害及常规处理方法

1.2.2 饮用水中总残余铝的来源及危害

1.3 本课题的提出背景、研究内容和创新点

1.3.1 本课题的提出背景

1.3.2 本课题的研究内容

1.3.3 本课题的创新点

第二章 实验用聚丙烯腈基活性炭纤维的特性表征

2.1 引言

2.2 实验部分

2.2.1 实验材料、药品与仪器

2.2.2 实验材料的预处理及改性

2.2.3 实验材料的特性表征

2.3 结果与讨论

2.3.1 表面微观结构

2.3.2 BET比表面积及DFT孔径分布

2.3.3 表面含氧官能团

2.3.4 酸性官能团的量

第三章 活性炭纤维对微污染水中痕量六价铬的吸附

3.1 引言

3.2 实验部分

3.2.1 PAN-ACF与GAC对六价铬的吸附

3.2.2 改性PAN-ACF对水中六价铬的去除

3.3 结果与讨论

3.3.1 PAN-ACF与GAC的吸附效果对比

3.3.2 改性PAN-ACF对水中六价铬的去除

3.4 小结

第四章 活性炭纤维对自来水中痕量铝的去除及其拓展应用

4.1 引言

4.2 实验部分

4.2.1 实验药品、仪器及测定方法

4.2.2 实验用水

4.2.3 实验方案

4.3 结果与讨论

4.3.1 对模拟水中总铝的去除效果

4.3.2 对自来水中总铝的去除

4.3.3 水中部分阴离子的去除

4.3.4 在家用净水装置中的应用

4.4 本章小结

第五章 结论与展望

5.1 结论

5.2 创新点

5.3 展望

参考文献

致谢

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