3期 张 巍等：水处理活性炭吸附性能指标的表征与应用 291
和丹宁酸的分子直径在0.6~0.8nm,1.6nm左右,型分子的吸附能力. 其表征的孔径范围应在1.0,2.8nm左右[1517].
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2.2 对于表面化学性质的表征
苯酚能到达直径1.0nm以内的微孔,与碘一样可以代表水中小分子吸附质.许多活性炭的苯
由BET测试数据中得知,上海破碎椰壳炭、上海破碎果壳炭、上海柱形炭18#和华理柱形设
备科炭的比表面积分别为1117,1039,960, 酚值与碘值大小顺序并不一致,这是由于活性炭612m2/g,这和表1中碘值的顺序相符.由图1a也可以看出相同的顺序,说明碘可达到活性炭中部分微孔,能够表征孔径略大于1.0nm的微孔发达程度及活性炭比表面积.
)g/2m(积面表比
3图1 孔比表面积与孔容积分布
Fig.1 Distribution of cumulative surface area and
cumulative pore volume
—×— 上海破碎果壳炭 —△— 华理柱形设备科炭 —◇— 上海破碎椰壳炭 — - — 上海柱形炭18#
由图1可见,上海破碎椰壳炭中>2.0nm的微孔十分匮乏,但其甲基蓝值却很高,表明甲基蓝分子可以顺利到达<2.0nm的微孔,甲基蓝可以代表>1.5nm的微孔和小、中孔发达程度,表征活性炭对于中型分子的吸附性能.对于>2.8nm的中孔,上海破碎果壳炭仍具备有较大的孔容积.其次是华理柱形设备科炭,而上海破碎椰壳炭和上海柱形炭18#则缺少这类中孔.此顺序和4种炭的丹宁酸值一致,说明丹宁酸值可以表征活性炭中>2.8nm左右的中孔数量,可以表征活性炭对于大
的吸附容量还取决于其表面化学性质[1].活性炭表面氧化程度的增加会引起pHpzc的降低[18].实验测得上海破碎果壳炭专用、上海破碎椰壳、上海破碎原煤、华理柱形设备科炭和上海粉状木质炭C的pHpzc分别为10.2,9.9,9.6,8.5和4.0,与其苯酚值顺序一致.表明苯酚值可以表征活性炭表面化学性质,随着表面酸性氧化基团数量的增加,活性炭对于苯酚的吸附性能下降.
苯酚在活性炭表面化学吸附的机理仍未有定论,可能的解释是活性炭表面π键与苯酚苯环
之间的色散力[19]或是活性炭表面非酸性氧化基团与苯环之间的电子供给作用[1].但可以肯定的是,此过程和化合物苯环上的π键有着密切关系,且苯环上不同的取代基可能影响活性炭对化合物的吸附能力,如硝基具有吸电子性,可以降低苯环上π键电子云密度,从而增强活性炭对其吸附能力,而羟基则具有推电子性,起到相反的作用.
由图2可见,各类活性炭对于硝基苯的吸附性能顺序均和苯酚值大小顺序相一致,而与碘值没有相关性.且硝基苯的吸附容量均高于苯酚,这证明了活性炭对于该类物质的吸附确与其苯环上的π键有关.对于硝基苯的MCRB结果(图3)也显示,各活性炭发生穿透(5%C0计)顺序均与苯酚值顺序一致,证实了苯酚值的预测价值.
图2 硝基苯吸附等温线
Fig.2 Adsorption isotherms for nitrobenzene