活性炭结构对TOC去除的影响研究
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2）处理含酚废水
含酚废水广泛来源于石油化工厂、树脂厂、焦化厂和炼油化工厂。经实验证明：活性炭对苯酚的吸附性能好，温度升高不利于吸附，使吸附容量减小；但升高温度达到吸附平衡的时间缩短。活性炭的用量和吸附时间存在最佳值，在酸性和中性条件下，去除率变化不大；强碱性条件下，苯酚去除率急剧下降，碱性越强，吸附效果越差。
1
活性炭的吸附特性不但取决于它的孔隙结构，而且取决于其表面化学性质，表面化学性质决定了活性炭的化学吸附。在活性炭生产过程中，由于氧化及活化作用，在活性炭中形成了复杂的孔状结构，同时还在活性炭表面形成了复杂的含氧官能团以及碳氢化合物，包括竣基、酚羟基、醚类、酯以及环状过氧化物。这些官能团的存在及相对数量的多少，将决定活性炭的极性强弱以及吸附性能。从相似相溶原理看，具有弱极性、中性及非极性表面的活性炭对非极性的分子吸附能力比较强，而对极性分子以及离子的吸附性能力比较弱，是疏水性的非极性吸附剂。
The last chapter4of the experimental results are summarized, and puts forward the direction of the future to continue.
In this paper, the structure of the active carbon in drinking water provides the influence of the removal rate TOC certain theoretical foundation and the technical method.
This paper mainly introduces the first chapter of activated carbon, basic properties, classification and some of the basic purposes. Active carbon adsorption principle of activated carbon, the pore structure characteristics, active carbon adsorption performance, active carbon adsorption structures may influence on the performance of the is discussed in this paper.
另外，在饮用水消毒过程中可产生三卤甲烷（THMs）、卤乙酸（HAAs）、卤乙腈（HANs）等有致癌作用的消毒副产物。近年来研究表明，采用臭氧化—生物活性炭（O3/ BAC）深度处理工艺能有效的去除水中消毒副产物前质，可控制氯化消毒副产物的生成。目前，臭氧化—生物活性炭技术已在日，欧，美得到广泛应用。这项技术的好处在于：
最后第四章对实验结果进行了总结，并且提出了今后继续前进的方向。
本文对活性炭结构对饮用水中TOC去除率的影响提供了一定的理论基础和技术手段。
关键词：活性炭 活性碳结构 TOC吸附
Activated carbon structure on the drinking water to remove impact study of TOC
活性炭表面的化学官能团主要可分为含氧官能团和含氮官能团。含氧官能团又可分为酸性含氧官能团（如图1-2）和碱性含氧官能团（如图1-3）：酸性基团有羧基、酚羟基、
醌型羰基、正内酯基及环式过氧基等，碱性氧化物普遍认为是苯并吡喃的衍生物或类吡喃酮结构基团。酸性氧化物使活性炭具有极性的性质，有利于吸附各种极性较强的化合物；碱性化合物易吸附极性较弱或非极性物质。[3]
a）在活性炭吸附前加臭氧，可将一些大分子有机污染物氧化为易被活性炭吸附的小分子；
b）臭氧通过活性炭滤床。使活性炭上所吸附的有机物氧化分解，起活性炭脱附再生作用；
c）比单独用臭氧法处理水更能降低臭氧的耗用量；
d）既能降低有机污染物的含量，又能去除细菌和病毒。[5][6]
（2）下水的处理
据报道我国每年排出的工业废水中不仅含有氰化物等剧毒成分，而且含有铬、锌、镍等金属离子。废水的处理方法很多，其中活性炭吸附法被广泛应用在废水处理中，而且具有效率高，效果好等特点。
活性炭结构对饮用水中
TOC的去除影响研究
承诺人（签名）：
日 期：
活性炭结构对饮用水中TOC的去除影响研究
摘 要
为了提高活性炭吸附饮用水中的TOC能力，本文以活性炭结构对饮用水总TOC去除率为研究目标，用三种不同的活性炭进行试验，通过改变环境温度、环境pH值等条件来考察活性炭对TOC的吸附能力，并且对这三种活性炭进行了pHpzc、比表面积和孔径分布等表征的研究。
Chapter3is the focus of this article: the analysis of experimental results. Use different temperature and under different pH value of the experimental data, in three different activated carbon analysis of pore size distribution, and concludes that the result of the experiment. The results show that in normal temperature range activated carbon, with the rise of temperature active strengthening, still environment pH value of close to pHpzc active carbon adsorption ability get the strongest, micro hole hole and the specific surface area and volume of activated carbБайду номын сангаасn is for TOC adsorption performance play a decisive role.
中文摘要
ABSTRACT
第1章绪 论
1
1
活性炭是对一系列具有高孔隙率碳质材料的通用性称谓，它无法采用结构式进行描述，也不能进行化学式量分析。活性炭的孔容积一般被定义为高于0.2mL/g，且其内表面积一般大于400m2/g。活性炭的孔隙宽度变化范围从3埃米到几千埃米，其孔隙在传统上一般按照直径进行分类：大孔（500到20000埃米）、过渡孔（中孔，100到500埃米）、微孔（8到100埃米），如图（1-1）。[1]
1）处理含铬废水
铬是电镀中用量较大的一种金属原料，在废水中六价铬随pH值的不同分别以不同的形式存在，而活性炭能有效地吸附废水中的Cr(VI)。活性炭的表面存在大量的含氧基团如羟基（-OH）、羧基（-COOH）等，它们都有静电吸附功能，对Cr(VI)产生化学吸附作用。完全可以用于处理电镀废水中的Cr(VI)，吸附后的废水可达到国家排放标准。
投入商业化应用的活性炭有多种形态，如粉末状、颗粒无定形（尺寸分布范围各不相同）、以及经过成型或模铸的产品（圆柱棒状外形，其直径通常在0.8到6mm，长度为3到10mm）。
1
X射线衍射研究表明热加工法获得的活性炭其结构与石墨结构相似，理想的石墨是由多个以六圆环相互紧密连接构成的层状结构组成的，层间距近3.35埃米并以范德华力联系在一起，每个平板层内任一碳原子均位于下层六圆环的中心点位置。其晶格类型为ABAB型。
由于在活性炭结构中存在许多晶格性缺陷，故在二维平面晶层边缘位置的碳原子具有与其它物质发生化学反应的很高潜力。这导致了活性炭表面含氧有机官能团的形成（它们大多数位于断裂石墨环的边缘位置），尽管这些表面氧化物的精确化学结构尚未获得完全确认，但存在于热加工法活性炭中的含氧官能团被普遍认为是大多数表面氧化物的赋存形态。已获得确认的基础性表面基团的性质表现看来是与制造过程以及后处理工艺条件密切相关的。
The second is to design a whole powers to experiment. The experiment purposes, test method, experiment, experiment materials, steps ? experiment instrument
（1）上水的处理
粉末活性炭（PAC）是具有弱极性的多孔吸附材料，有极强的吸附能力和稳定的化学性能，在水处理工业上广泛应用。在原水突发污染的情况下，投加PAC能很好的去除苯类化合物、酚类化合物、石油和石油产品等有机物。另外，PAC对水中形成嗅味的有机物的去除效果是其它处理剂无法比拟的。1978年，美国环境保护局（EPA）曾建议美国所有城市，当供水人口大于75000人时，给水处理系统都必须使用PAC，以此来保护饮水不被苯，甲苯，氯仿等有机物污染。
ABSTRACT
In order to improve the active carbon adsorption in drinking water TOC ability, based on the structure of the active carbon removal total TOC drinking water as the research target, with three different kinds of activated carbon experiment, by changing the environment temperature, environment conditions such as pH value to study on adsorption ability of active carbon TOC, and about three of the pHpzc activated carbon, specific surface area, pore size distribution of characterization.
图1-2活性炭表面可能存在的酸性官能团示意图
图1-3活性炭表面可能包含的碱性基团示意图
1
活性炭因表面官能团丰富、灰分含量低、化学性质(耐酸、耐碱、耐热)稳定、机械强度高、不溶于水和有机溶剂、可再生重复利用等优点，被广泛用于饮用水深度净化、污水处理，室内空气净化等领域，活性炭吸附是环境污染控制与修复的主要手段之一。特别是在水处理方面的应用更是越加成熟。
本文第一章主要介绍了活性炭的基本性质、分类和一些基本的用途。对活性炭的吸附原理、活性炭的孔隙结构特征、活性炭的吸附性能、活性碳结构可能对吸附性能的影响进行了阐述。
第二章则是设计了一整个实验。实验目的、试验方法、实验步骤、实验材料、实验仪器。
第三章是本文的重点：实验结果的分析。利用不同温度以及不同pH值下的实验数据、对三种不同活性炭孔径分布的分析，得出实验结果。结果表明，活性炭在常温范围，随着温度的升高活性增强，还环境pH值接近pHpzc的情况下活性炭吸附能力达到最强，微孔和中孔的比表面积和容积则对活性炭对TOC的吸附性能起到决定性的作用。
图1-1活性炭的孔隙结构模型
从横截面角度观察，孔隙的形状表现为圆筒状或矩形，但同时还表现为各种不规则的形状，也存在“束颈型”或“瓶颈型”孔隙。
活性炭总内表面积值中大孔的贡献率通常很小，大孔主要由所选用的含碳原料性质以及初始制造工序（即原料的磨粉及重凝聚工序）所决定的，其主要功能是为待吸附分子提供通往炭颗粒内部具吸附能力部位的输送通道。过渡孔对内表面积的贡献率约5%，微孔则占约95%的比例。微孔是活化加工工序的最主要的产物。
推荐采纳的热加工法活性炭结构如，被采信的活性炭结构是：由仅几个碳原子厚度、直径为20至100埃米的石墨状细小晶片组成了分子级维度尺寸的开孔孔壁，从而形成了孔隙体系。但与完善的石墨晶体相比，活性炭中的碳六圆环结构中含有许多因遭受解离作用而形成的非闭合型结构，造成了非定向乱排且形成了晶格缺陷。由此使得活性炭的结构具有很高的无序性，这种结构通常被归类为“乱层结构”。另外还发现，活性炭中石墨微晶中晶层间距也比标准石墨的层间距要大一些，达3.60埃米。[2]
含酚废水广泛来源于石油化工厂、树脂厂、焦化厂和炼油化工厂。经实验证明：活性炭对苯酚的吸附性能好，温度升高不利于吸附，使吸附容量减小；但升高温度达到吸附平衡的时间缩短。活性炭的用量和吸附时间存在最佳值，在酸性和中性条件下，去除率变化不大；强碱性条件下，苯酚去除率急剧下降，碱性越强，吸附效果越差。
1
活性炭的吸附特性不但取决于它的孔隙结构，而且取决于其表面化学性质，表面化学性质决定了活性炭的化学吸附。在活性炭生产过程中，由于氧化及活化作用，在活性炭中形成了复杂的孔状结构，同时还在活性炭表面形成了复杂的含氧官能团以及碳氢化合物，包括竣基、酚羟基、醚类、酯以及环状过氧化物。这些官能团的存在及相对数量的多少，将决定活性炭的极性强弱以及吸附性能。从相似相溶原理看，具有弱极性、中性及非极性表面的活性炭对非极性的分子吸附能力比较强，而对极性分子以及离子的吸附性能力比较弱，是疏水性的非极性吸附剂。
The last chapter4of the experimental results are summarized, and puts forward the direction of the future to continue.
In this paper, the structure of the active carbon in drinking water provides the influence of the removal rate TOC certain theoretical foundation and the technical method.
This paper mainly introduces the first chapter of activated carbon, basic properties, classification and some of the basic purposes. Active carbon adsorption principle of activated carbon, the pore structure characteristics, active carbon adsorption performance, active carbon adsorption structures may influence on the performance of the is discussed in this paper.
另外，在饮用水消毒过程中可产生三卤甲烷（THMs）、卤乙酸（HAAs）、卤乙腈（HANs）等有致癌作用的消毒副产物。近年来研究表明，采用臭氧化—生物活性炭（O3/ BAC）深度处理工艺能有效的去除水中消毒副产物前质，可控制氯化消毒副产物的生成。目前，臭氧化—生物活性炭技术已在日，欧，美得到广泛应用。这项技术的好处在于：
最后第四章对实验结果进行了总结，并且提出了今后继续前进的方向。
本文对活性炭结构对饮用水中TOC去除率的影响提供了一定的理论基础和技术手段。
关键词：活性炭 活性碳结构 TOC吸附
Activated carbon structure on the drinking water to remove impact study of TOC
活性炭表面的化学官能团主要可分为含氧官能团和含氮官能团。含氧官能团又可分为酸性含氧官能团（如图1-2）和碱性含氧官能团（如图1-3）：酸性基团有羧基、酚羟基、
醌型羰基、正内酯基及环式过氧基等，碱性氧化物普遍认为是苯并吡喃的衍生物或类吡喃酮结构基团。酸性氧化物使活性炭具有极性的性质，有利于吸附各种极性较强的化合物；碱性化合物易吸附极性较弱或非极性物质。[3]
a）在活性炭吸附前加臭氧，可将一些大分子有机污染物氧化为易被活性炭吸附的小分子；
b）臭氧通过活性炭滤床。使活性炭上所吸附的有机物氧化分解，起活性炭脱附再生作用；
c）比单独用臭氧法处理水更能降低臭氧的耗用量；
d）既能降低有机污染物的含量，又能去除细菌和病毒。[5][6]
（2）下水的处理
据报道我国每年排出的工业废水中不仅含有氰化物等剧毒成分，而且含有铬、锌、镍等金属离子。废水的处理方法很多，其中活性炭吸附法被广泛应用在废水处理中，而且具有效率高，效果好等特点。
活性炭结构对饮用水中
TOC的去除影响研究
承诺人（签名）：
日 期：
活性炭结构对饮用水中TOC的去除影响研究
摘 要
为了提高活性炭吸附饮用水中的TOC能力，本文以活性炭结构对饮用水总TOC去除率为研究目标，用三种不同的活性炭进行试验，通过改变环境温度、环境pH值等条件来考察活性炭对TOC的吸附能力，并且对这三种活性炭进行了pHpzc、比表面积和孔径分布等表征的研究。
Chapter3is the focus of this article: the analysis of experimental results. Use different temperature and under different pH value of the experimental data, in three different activated carbon analysis of pore size distribution, and concludes that the result of the experiment. The results show that in normal temperature range activated carbon, with the rise of temperature active strengthening, still environment pH value of close to pHpzc active carbon adsorption ability get the strongest, micro hole hole and the specific surface area and volume of activated carbБайду номын сангаасn is for TOC adsorption performance play a decisive role.
中文摘要
ABSTRACT
第1章绪 论
1
1
活性炭是对一系列具有高孔隙率碳质材料的通用性称谓，它无法采用结构式进行描述，也不能进行化学式量分析。活性炭的孔容积一般被定义为高于0.2mL/g，且其内表面积一般大于400m2/g。活性炭的孔隙宽度变化范围从3埃米到几千埃米，其孔隙在传统上一般按照直径进行分类：大孔（500到20000埃米）、过渡孔（中孔，100到500埃米）、微孔（8到100埃米），如图（1-1）。[1]
1）处理含铬废水
铬是电镀中用量较大的一种金属原料，在废水中六价铬随pH值的不同分别以不同的形式存在，而活性炭能有效地吸附废水中的Cr(VI)。活性炭的表面存在大量的含氧基团如羟基（-OH）、羧基（-COOH）等，它们都有静电吸附功能，对Cr(VI)产生化学吸附作用。完全可以用于处理电镀废水中的Cr(VI)，吸附后的废水可达到国家排放标准。
投入商业化应用的活性炭有多种形态，如粉末状、颗粒无定形（尺寸分布范围各不相同）、以及经过成型或模铸的产品（圆柱棒状外形，其直径通常在0.8到6mm，长度为3到10mm）。
1
X射线衍射研究表明热加工法获得的活性炭其结构与石墨结构相似，理想的石墨是由多个以六圆环相互紧密连接构成的层状结构组成的，层间距近3.35埃米并以范德华力联系在一起，每个平板层内任一碳原子均位于下层六圆环的中心点位置。其晶格类型为ABAB型。
由于在活性炭结构中存在许多晶格性缺陷，故在二维平面晶层边缘位置的碳原子具有与其它物质发生化学反应的很高潜力。这导致了活性炭表面含氧有机官能团的形成（它们大多数位于断裂石墨环的边缘位置），尽管这些表面氧化物的精确化学结构尚未获得完全确认，但存在于热加工法活性炭中的含氧官能团被普遍认为是大多数表面氧化物的赋存形态。已获得确认的基础性表面基团的性质表现看来是与制造过程以及后处理工艺条件密切相关的。
The second is to design a whole powers to experiment. The experiment purposes, test method, experiment, experiment materials, steps ? experiment instrument
（1）上水的处理
粉末活性炭（PAC）是具有弱极性的多孔吸附材料，有极强的吸附能力和稳定的化学性能，在水处理工业上广泛应用。在原水突发污染的情况下，投加PAC能很好的去除苯类化合物、酚类化合物、石油和石油产品等有机物。另外，PAC对水中形成嗅味的有机物的去除效果是其它处理剂无法比拟的。1978年，美国环境保护局（EPA）曾建议美国所有城市，当供水人口大于75000人时，给水处理系统都必须使用PAC，以此来保护饮水不被苯，甲苯，氯仿等有机物污染。
ABSTRACT
In order to improve the active carbon adsorption in drinking water TOC ability, based on the structure of the active carbon removal total TOC drinking water as the research target, with three different kinds of activated carbon experiment, by changing the environment temperature, environment conditions such as pH value to study on adsorption ability of active carbon TOC, and about three of the pHpzc activated carbon, specific surface area, pore size distribution of characterization.
图1-2活性炭表面可能存在的酸性官能团示意图
图1-3活性炭表面可能包含的碱性基团示意图
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活性炭因表面官能团丰富、灰分含量低、化学性质(耐酸、耐碱、耐热)稳定、机械强度高、不溶于水和有机溶剂、可再生重复利用等优点，被广泛用于饮用水深度净化、污水处理，室内空气净化等领域，活性炭吸附是环境污染控制与修复的主要手段之一。特别是在水处理方面的应用更是越加成熟。
本文第一章主要介绍了活性炭的基本性质、分类和一些基本的用途。对活性炭的吸附原理、活性炭的孔隙结构特征、活性炭的吸附性能、活性碳结构可能对吸附性能的影响进行了阐述。
第二章则是设计了一整个实验。实验目的、试验方法、实验步骤、实验材料、实验仪器。
第三章是本文的重点：实验结果的分析。利用不同温度以及不同pH值下的实验数据、对三种不同活性炭孔径分布的分析，得出实验结果。结果表明，活性炭在常温范围，随着温度的升高活性增强，还环境pH值接近pHpzc的情况下活性炭吸附能力达到最强，微孔和中孔的比表面积和容积则对活性炭对TOC的吸附性能起到决定性的作用。
图1-1活性炭的孔隙结构模型
从横截面角度观察，孔隙的形状表现为圆筒状或矩形，但同时还表现为各种不规则的形状，也存在“束颈型”或“瓶颈型”孔隙。
活性炭总内表面积值中大孔的贡献率通常很小，大孔主要由所选用的含碳原料性质以及初始制造工序（即原料的磨粉及重凝聚工序）所决定的，其主要功能是为待吸附分子提供通往炭颗粒内部具吸附能力部位的输送通道。过渡孔对内表面积的贡献率约5%，微孔则占约95%的比例。微孔是活化加工工序的最主要的产物。
推荐采纳的热加工法活性炭结构如，被采信的活性炭结构是：由仅几个碳原子厚度、直径为20至100埃米的石墨状细小晶片组成了分子级维度尺寸的开孔孔壁，从而形成了孔隙体系。但与完善的石墨晶体相比，活性炭中的碳六圆环结构中含有许多因遭受解离作用而形成的非闭合型结构，造成了非定向乱排且形成了晶格缺陷。由此使得活性炭的结构具有很高的无序性，这种结构通常被归类为“乱层结构”。另外还发现，活性炭中石墨微晶中晶层间距也比标准石墨的层间距要大一些，达3.60埃米。[2]