介质阻挡放电改性活性炭及其再生实验研究

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活性炭吸附法是一种常用的水处理技术,可以去除水中的有机污染物。该方法简单、快捷且实用性强。如何提高活性炭的吸附能力是国内外学者关注的热点。对活性炭进行改性和再生处理后能够降低水处理成本,减少废炭对环境的二次污染。因此,寻求一种高效且方便的改性和再生活性炭技术至关重要。介质阻挡放电技术是一种新型技术,能够产生大量的高能活化粒子和紫外光,在活性炭改性和再生方面研究前景可观。本文研究不同参数对介质阻挡放电改性活性炭的影响,通过扫描电子显微镜、红外光谱仪和元素分析仪等仪器来分析改性活性炭物理和化学性质的变化。采用改性活性炭静态吸附水中的苯胺,研究活性炭添加量、初始pH值、初始浓度和温度等条件对吸附效果的影响,分析其动力学模型。吸附饱和的活性炭再用介质阻挡放电的方法进行再生。采用高效液相色谱-质谱联用(LC-MS)分析介质阻挡放电降解苯胺的主要产物,初步推导出苯胺的降解途径及机理。主要研究成果如下:(1)介质阻挡放电等离子体能够有效的改性活性炭,当放电电压-极板间距U-d=10kV-10mm、电源频率f=10kHz、活性炭量m=2g和放电时间t=20min时,改性后的活性炭比改性前吸附苯胺量提高了14.94%。(2)改性后活性炭发生孔容和比表面积减小和表面出现刻蚀的物理性质变化。活性炭表面的羟基-OH、羰基C=O都发生变化。酸性基团和氧元素质量百分数增多,碱性基团和碳元素质量百分数减少。(3)Langmuir模型、准二级动力学模型和颗粒内扩散模型能够很好的描述改性活性炭对苯胺的吸附。改性后活性炭对苯胺吸附能力的提高可能是由于活性炭与苯胺分子之间π-π色散力和氢键作用的增强。(4)介质阻挡放电能够产生高能活化粒子O3、·O和·OH等。这些强氧化性粒子能协同紫外光光照等作用再生活性炭。(5)放电电压-极板间距、电源频率、放电时间和活性炭量都会影响介质阻挡放电技术再生活性炭。当放电电压-极板间距U-d=10kV-10mm,电源频率为f=10kHz,再生活性炭量为m=2.0g,放电时间t=60min时,活性炭的再生率最佳达到80.32%。(6)根据LC-MS的检测结果分析,介质阻挡放电氧化苯胺的中间产物主要为对亚胺醌、对苯醌和马来酸。在反应过程中产生大量的·OH和O3攻击N-H键和C-H键,使的苯胺降解为对亚胺醌,紧接着对亚胺醌氧化分解为对苯醌,对苯醌进一步氧化分解生成马来酸。
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