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饮水用椰壳活性炭需要测定那些性能指标

时间:2018/9/20 11:22:27

饮水用椰壳活性炭需要测定那些性能指标

活性炭的质量有多项物理与化学的指标,如:水分、灰分、酸溶物、各种金属和酸根的含量,以及它的吸附性能等。对于不同用途的活性炭,时常用不同的性能指标来评价活性炭是否适用。在活性炭选择之前,必须从活性炭生产厂商处取得完整的经法定检测单位检测的技术性能参数报告或说明书,作为选择活性炭的依据之一。

由于各种活性炭生产过程不一样,活性炭产品的性能差别也很大,其碘值、亚甲蓝值、机械强度、比表面积、总孔容积、中孔容积、堆积容重等都是必须收集的活性炭性能技术指标在饮用水处理中,影响活性炭处理效果和运行成本的主要性能指标为:吸附量、强度和摩擦系数、pH值、灰分、粒径大小和粒度分布、水分和可溶物等。

下面分别就这几项指标,在饮用水用活性炭选择中的应用进行具体分析。

1、吸附量

表征活性炭吸附量的指标很多,针对饮用水处理的自身特点,比较适用的吸附量指标主要有碘值、亚甲蓝值、丁烷值、四氯化碳值、糖蜜值、单宁酸值,这几项指标分别代表了活性炭对不同分子量有机物的吸附能力,其中以碘值和亚甲蓝值是最经常使用的。

碘值与活性炭对小分子物质的吸附能力密切相关。它可以用于估算活性炭的比表面积,和相对表征活性炭的孔隙结构。在实际应用中,对于以碘(分子量为254)为代表的分子量大约250左右、非极性和分子对称的物质来说,碘值可以表征活性炭对这部分物质的吸附能力。

亚甲蓝值在表示活性炭液相吸附性能时,主要反映活性炭的脱色能力,一般此值越高,表示活性炭吸附性能越好。相对应的,对以亚甲蓝分子(分子量为374)为代表的分子量大约370左右、极性和线性结构的显色物质来说,亚甲蓝值可以表征活性炭对此类物质的吸附能力。亚甲蓝值与碘值相类似,也反映了活性炭的孔隙结构,特别是微孔的数量。根据研究发现,活性炭的碘值、亚甲蓝值与活性炭对天然水中有机物的吸咐能力之间相关性能不好,因此在选择去除天然水中有机物的活性炭时,不宜采用这些指标。

丁烷值与四氯化碳值存在着很好的相关性,美国ASTM标准中显示:四氯化碳活性=257×丁烷活性,R2=0.934(均按照ASTM一D5228-92)。两值均可表征出活性炭样品的微孔容积,是活性炭孔隙结构的量度值,常表征活性炭的活化程度。两值对表征活性炭对小分子量、非极性有机物去处能力,具有重要意义。

糖蜜值是以大分子量的焦糖作为吸附质,活性炭作为吸附剂来测定的,它主要表征了活性炭对大分子有机物,特别是水源中的高分子量有机物的去除能力。由于焦糖分子量较大,因此难以进入活性炭的微孔结构中,只是被活性炭的大孔、中孔等吸附,因此可以反映出活性炭孔隙结构中大孔、中孔的比例。单宁酸(分子量为322)值表示吸附有机分子能力的指标,它是在浓度一定的单宁酸溶液中,加入活性炭的量使单宁酸溶液浓度低于某个确定值所需要活性炭的量,因此,此值越低表示活性炭吸附性能越好。单宁酸的性质与天然有机物(NOM)中的代表物质腐殖酸十分相近。糖蜜值和单宁酸值,两指标相互配合,能够很好地判断出活性炭孔隙结构中大孔中孔的比例,较好地反映出活性炭对天然大分子有机物的去除能力。

2、强度和摩擦系数

在饮用水的深度处理中,对炭后出水浊度控制很严格,即要求在砂滤池出水浊度的基础上不再升高。因为在粒状活性炭实际应用中,要考虑其在运输、反冲洗和再生时活性炭的破损情况,主要有3种力可使活性炭机械破裂而形成粉尘,造成出水浊度升高,即冲击力、积压力和磨损力,强度和摩擦系数便分别代表了冲击积压力和摩损力,反映出活性炭的耐破损能力,因此强度和摩擦系数作为选择活性炭的首要控制指标,要尽量选取高强度和摩擦系数的活性炭。如果强度低,则炭的结构疏松,在反冲洗时,炭粒易脱落,由于微生物能附着在炭粒表面会造成出水的生物安全性问题。

3、pH值

pH值是活性炭表面化学性质的重要表征。活性炭的表面化学性质对其吸附性能起到重要作用,表面酸碱性被认为是控制吸附的重要因素。活性炭的表面酸性增加,或者说极性的氧分子增加,或含氧官能团的数量增加,使得活性炭的表面极性增加,从而有利于其对水分子的吸附,对水分子的吸附有可能因占据活性炭孔而降低了活性炭对疏水性化合物的吸附。对于NOM为代表的中性条件下带负电荷的有机物,如果活性炭的表面带有中性条件下可水解的强碱性基团的量,大于羧基等强酸性基团的量,也就是说pH大于7时,在中性的水体中活性炭表面就会带有正电荷,这将有利于它对NOM的吸附。一般来说,较高的pH值有利于活性炭对NOM的吸附,但不是越高越好pH值过高预示着活性炭表面存在较多的强碱性基团,从而导致活性炭表面亲水性增加,也不利于对疏水性有机物的吸附。

4、灰分

灰分表明了活性炭中无机矿物质的含量,灰分是活性炭中的杂质,含量越低越好。灰分的组成一般有SiO2、Al2O3、Fe2O3以及一些其他金属化合物,这些组成在用于饮用水处理时可能会影响活性炭的能力和某些安全性要求,一般来说不直接影响活性炭的吸附性能。有研究表明,活性炭除砷效果与其比表面积大小基本无关,而主要是与其灰分有关,即其中的金属矿物组成起着决定性作用。

5、经济性指标

粒径大小和粒度分布、水分、可溶物等指标,主要是对活性炭的购买和运行成本产生重要影响。粒径大小和粒度分布,可决定活性炭床的压降和床层膨胀,是关系活性炭设备大小和运行的重要参数,其中活性炭的有效尺寸和均匀系数,与活性炭的实际运行效果有着直接的关系,在同样的有效尺寸下,均匀系数越高,处理效果越好。水分和可溶物则关系着活性炭的购买成本,两指标越高,则购买成本越高。

综合上述,在使用饮水用椰壳活性炭的时候,采购时要注意各项指标是否达到规定标准,只有达到标准的,才是合格的产品。

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