活性炭吸附異噻唑酮

活性炭吸附異噻唑酮，這期主要介紹使用活性炭來(lái)吸附反滲透膜中的殺菌劑，而異噻唑酮已被廣泛用作非氧化性殺菌劑以防止反滲透膜的生物污染，這次使用活性炭吸附四種不同成分的殺菌劑來(lái)測(cè)試吸附效果，發(fā)現(xiàn)有機(jī)物和異噻唑酮之間存在競(jìng)爭(zhēng)活性炭的吸附位點(diǎn)，影響吸附效率。

殺菌劑已被廣泛用于保護(hù)材料免受由微生物引起的生物侵蝕。異噻唑酮類化合物是自20世紀(jì)70年代以來(lái)工業(yè)生產(chǎn)的一類殺生物劑，廣泛用于化妝品，紡織品和建筑產(chǎn)品。異噻唑酮在濕天氣和干燥天氣條件下從建筑產(chǎn)品中釋放，之后它們可以進(jìn)入土壤，地表或地下水，阻礙著自然環(huán)境中的微生物生長(zhǎng)�；钚蕴坎牧弦驯粡V泛用作從飲用水和廢水中去除污染物的吸附劑。已經(jīng)有很多關(guān)于吸附平衡，吸附動(dòng)力學(xué)和活化方法的研究來(lái)評(píng)估活性炭的吸附過(guò)程。與五氟苯酚的活性炭相比，活性炭也顯示出更高的吸附容量和速率常數(shù)。對(duì)于一些碳納米管，吸附親和力與疏水性關(guān)系不大，但按非極性脂肪族<非極性芳族化合物<硝基芳族化合物的順序增加。已經(jīng)研究了許多化合物的特定吸附機(jī)理，特別是有機(jī)物，并且在活性炭材料上吸附期間發(fā)生靜電和非靜電相互作用之間復(fù)雜的相互作用。然而，還沒(méi)有研究從實(shí)際反滲透膜濃縮物中研究活性炭對(duì)異噻唑酮?dú)⒕鷦┑奈竭^(guò)程。

在本研究中，研究了不同的異噻唑酮?dú)⑸飫┰诨钚蕴可系奈竭^(guò)程，模擬研究了不同異噻唑酮吸附等溫線。此外，還研究了pH值對(duì)異噻唑酮吸附的影響，并使用實(shí)際的紡織品反滲透膜濃縮物來(lái)估計(jì)在各種工程實(shí)踐中對(duì)異噻唑酮?dú)⑸飫┪搅康挠绊憽y(cè)試方法：采用吸附實(shí)驗(yàn)使用分批實(shí)驗(yàn)進(jìn)行。為了測(cè)量動(dòng)力學(xué)，將含有異噻唑酮?dú)⒕鷦┑?0mL等分試樣水溶液置于30mL小瓶中，并在100rpm和298±1K的恒溫培養(yǎng)搖床中用100mg·L-1活性炭稀釋從5g·L-1儲(chǔ)備液中�；钚蕴縿┝渴腔趯�(shí)際應(yīng)用的成本考慮確定的。對(duì)特定量的吸附溶液進(jìn)行采樣并通過(guò)0.22μm過(guò)濾器過(guò)濾以在預(yù)定時(shí)間進(jìn)行分析。吸附等溫線實(shí)驗(yàn)保持?jǐn)嚢?8小時(shí)，此時(shí)幾乎達(dá)到吸附平衡。

零電荷確定點(diǎn)

使用批次平衡法測(cè)量活性炭的零電荷點(diǎn)。簡(jiǎn)言之，將活性炭樣品(0.2g)在100mL錐形瓶中用50mL的0.01mol·L-1NaCl在不同的pH值下振蕩48小時(shí)，這足以實(shí)現(xiàn)吸附平衡。使用NaOH和HCl調(diào)節(jié)初始pH值，并在吸附后測(cè)量最終pH值。初始pH和最終pH相同的點(diǎn)就是零電荷點(diǎn)。

活性炭吸附速率與異噻唑酮的去除

初始異噻唑酮濃度為15-35mg·L-1時(shí)進(jìn)行吸附動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)。圖1顯示了隨著時(shí)間的推移活性炭上的異噻唑酮吸附。不同異噻唑酮的去除百分比在前20分鐘內(nèi)變化，之后它們穩(wěn)定，表明正在接近平衡狀態(tài)�；钚蕴客ǔ？焖龠_(dá)到平衡，而吡蟲(chóng)啉和DOC的吸附在最初30分鐘內(nèi)達(dá)到平衡。異噻唑酮的去除順序?yàn)椋篛IT(85%)>BIT(62%)>CMIT(44%)>MIT(17%)，對(duì)應(yīng)的吸附量為OIT(243mg·L-1)>BIT(212mg·L-1)>CMIT(77mg·L-1)>MIT(45mg·L-1)。

圖1.吸附時(shí)間對(duì)去除異噻唑酮(a)和吸附量(b)在活性炭劑量為100mg·L-1時(shí)在溫度25℃的影響。

圖2顯示了根據(jù)它的pKa在不同pH條件下BIT的狀態(tài)。BIT的狀態(tài)是(b)在pH2-6，這是非離子和疏水的，導(dǎo)致高吸附。當(dāng)pH為7-12時(shí)，BIT保持負(fù)電荷，這意味著它與水具有緊密的親和性并且被活性炭吸附不良。當(dāng)pH<4時(shí)，OIT已經(jīng)收取官能團(tuán)，這影響了吸附。在pH>pH pzc時(shí)，帶負(fù)電的氧官能團(tuán)也阻礙OIT在活性炭上的吸附。官能團(tuán)也影響活性炭的吸附。

圖2.pH對(duì)BIT充電狀態(tài)分?jǐn)?shù)的影響。

異噻唑酮在紡織品反滲透濃縮液中稀釋，TOC為29mg·L-1，與在超純水實(shí)驗(yàn)中使用的殺菌劑濃度相同，以進(jìn)一步評(píng)估在實(shí)際應(yīng)用中使用活性炭用于異噻唑酮吸附的可行性。OIT兩種溶液之間的吸附量沒(méi)有實(shí)質(zhì)性變化(圖3a)，表明反滲透濃縮液中的有機(jī)物占據(jù)了少量與OIT結(jié)合的疏水性吸附位點(diǎn)。

在這項(xiàng)研究中，研究了不同種類的異噻唑酮。結(jié)果表明活性炭對(duì)異噻唑酮的吸附是一種去除含有異噻唑酮?dú)⒕鷦┑目尚星矣行У姆椒�。發(fā)現(xiàn)容易吸附性和親水性是影響活性炭吸附的主要因素。pH可以影響活性炭吸附異噻唑酮，主要是因?yàn)楫愢邕蛲男问皆诓煌膒H值下變化。進(jìn)一步的研究主要集中在吸附親水性污染物的活性炭材料的表面改性以及高效的再生過(guò)程中，用于活性炭吸附這類殺菌劑。