摘要：以苯酚、聚乙二醇（PEG-6000）、腐殖酸為研究對象，采用活性炭為吸附劑，對椰殼活性炭在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：活性炭對苯酚的吸附量與微孔比表面積成正比；對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)致活性炭內(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，對苯酚、聚乙二醇、腐殖酸等不同相對分子質(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椰殼活性炭對吸附質(zhì)的去除過程

由表1可見，椰殼活性炭在吸附苯酚的過程中溶液中COD濃度隨著時(shí)間的延長而減小，在吸附過程的起始階段，活性炭對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分子質(zhì)量僅為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)吸附過程中，開始的8h內(nèi)，活性炭對PEG-6000的吸附速率很大，至12h時(shí)，活性炭對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程中，COD濃度隨著時(shí)間的延長而減小，活性炭在吸附反應(yīng)開始的30min內(nèi)，對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)吸附過程中，粒徑低于150μm的活性炭對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，活性炭對苯酚的吸附規(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，在吸附過程中，活性炭對苯酚的吸附主要發(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的活性炭對苯酚的吸附量約為粒徑1000~2000μm活性炭的1.2倍。

由圖2可見，活性炭的粒徑越小，對PEG-6000的吸附量越大。粒徑小于150μm的活性炭對PEG-6000的吸附量約為粒徑1000~2000μm活性炭的4倍。因此活性炭對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，活性炭對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大分子（如腐殖酸）的吸附能力。粒徑小于150μm活性炭對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)過程中粒徑較大的活性炭內(nèi)部區(qū)域比粒徑小的活性炭內(nèi)部區(qū)域更難到達(dá)。因此，根據(jù)吸附質(zhì)大小，通過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程中的吸附量均隨活性炭粒徑的減小而加大。活性炭的孔隙性質(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，對吸附起決定性作用。活性炭對苯酚的吸附主要受活性炭的微孔比表面積的影響；而對于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相對分子質(zhì)量10000~20000的大分子如腐殖酸的吸附能力。

（2）活性炭粒徑越小；對PEG-6000、腐殖酸的吸附效果較好，粒徑小于150μm對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)來評價(jià)活性炭對有機(jī)污染物的吸附去除性能。