改性颗粒活性炭对水中溴酸根的吸附特性研究
摘要：采用阳离子表面活性剂氯化十六烷基吡啶（CPC）改性颗粒活性炭以提高活性炭对溴酸根的吸附能力。通过小试研究了改性颗粒活性炭（GAC-CPC）对溴酸根的吸附特性，考察了BrO3-初始浓度、pH、共存阴离子等因素对吸附过程的影响。结果表明，CPC改性能显著提高GAC对BrO3-的吸附能力，吸附量随着初始浓度升高而增大；在碱性条件下GAC-CPC对BrO3-的吸附量减小；共存阴离子与BrO3-在GAC-CPC上存在竞争吸附，其影响顺序为：NO3->SO42->PO43->CO32-。用准一级、准二级和颗粒内扩散动力学模型拟合GAC-CPC吸附BrO3-的动力学过程，结果表明，准二级动力学能更好的描述吸附过程，且孔扩散可能是改性GAC吸附BrO3-初始阶段的主要速率控制因素。用Langmuir和Freundlich等温吸附模型拟合不同温度下BrO3-的吸附平衡过程。结果表明，Langmuir等温吸附模型能很好的描述吸附平衡过程，GAC-CPC吸附BrO3-的过程是自发且放热的，温度升高不利于吸附。
关键词：溴酸根，阳离子表面活性剂，颗粒活性炭，动力学，等温模型，热力学
溴酸盐是臭氧氧化含溴原水产生的副产物（Ｋｒａｓｎｅｒ ｅｔ ａｌ．，１９９３）。美国环境保护署（ＵＳＥＰＡ）将溴酸盐划分为潜在致癌物，并规定最大容许浓度（ＭＣＬ）为１０μｇ·Ｌ－１（ＵＳＥＰＡ，１９９９），我国最新颁布实施的《生活饮用水卫生标准（ＧＢ５７４９—２００６）》将溴酸根列入常规水质检查指标，并规定限值为１０μｇ·Ｌ－１。
溴酸根在环境中性质稳定，不易分解，一旦形成通过常规工艺去除的难度大。目前减少溴酸根的方法主要有３类，即去除前体物溴离子、控制溴酸根的生成以及溴酸根的去除。控制溴酸根的生成主要从溴酸根的产生途径控制其生成，包括调节原水ｐＨ，投加硫酸铵，投加Ｈ２Ｏ２，减少臭氧投加量，改进臭氧接触方式等（Ｍａｒｈａｂａ ｅｔ ａｌ．，２００３）。这些方式在生产实践中成本较高，可操作性差，同时可能对臭氧氧化效果有降低作用。溴酸根去除措施有Ｆｅ（０）还原（Ｗａｎｇ ｅｔ ａｌ．，２００９）、离子交换（Ｗｉｓ′ｎｉｅｗｓｋｉ ｅｔ ａｌ．，２０１０）、膜技术（Ｌｉｓｔｉａｒｉｎｉ ｅｔ ａｌ．，２０１０）、生物降解（Ｄａｖｉｄｓｏｎ，ｅｔ ａｌ．，２０１１）、活性炭吸附还原（Ｗａｎｇ ｅｔ ａｌ．，２０１０）、新型吸附剂吸附（Ｚｈｏｎｇ ｅｔ ａｌ．，２０１３；Ｈｅ ｅｔ ａｌ．，２０１２；Ｘｕ ｅｔ ａｌ．，２０１２；Ｂｈａｔｎａｇａｒ ｅｔ ａｌ．，２０１２）等。其中活性炭吸附工艺以其构造简单、成本低廉、易于操作等优势受到广泛关注，但活性炭对溴酸根的吸附性能还有待提高。研究表明，活性炭的物理化学性质对其吸附溴酸根有较大影响，活性炭表面碱性官能团含量大、等电点高有利于溴酸根的吸附（Ｈｕａｎｇ ｅｔ ａｌ．，２００８）。表面活性剂可以改变活性炭表面电荷特性，利用表面活性剂改性活性炭以提高其高氯酸根吸附能力的研究国内外已有报道（Ｘｕ ｅｔ ａｌ．，２０１１；Ｐａｒｅｔｔｅ ｅｔ ａｌ．，２００５），如利用阳离子表面活性剂化十六烷基三甲基氯化铵（ＣＴＡＣ）改性后，高氯酸根饱和吸附容量提高１．１倍以上（Ｘｕ ｅｔ ａｌ．，２０１１），但是利用表面活性剂改性活性炭吸附溴酸根的研究较少，不同文献报道的去除效果差别较大（Ｃｈｅｎ ｅｔ ａｌ．，２０１２；Ｆａｒｏｏｑ ｅｔ ａｌ．，２０１２）。本文介绍了阳离子表面活性剂氯化十六烷基吡啶改性颗粒活性炭的方法及改性颗粒活性炭去除ＢｒＯ－３的特性，包括初始浓度、ｐＨ、共存离子等因素的影响，并进行吸附动力学和热力学分析，初步探讨了改性颗粒活性炭去除溴酸根的机理。
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