天然有机物 (Natural organic matter,NOM)主要是指动植物在自然循环过程中经腐败分解所产生的一类大分子有机物,是天然水体中有机物的主要组成成分。主要包括腐殖质、微生物分泌物、溶解的动物组织等,其中以腐殖质为主,占 NOM 的 50%~90% 。我们可以根据腐植酸的特性设计多种去除腐植酸的方法,从而达到去除天然水中有机物保证锅炉补给水水质的目的。
吸附法去除水中天然有机物是常用的水中有机物的去除方法,其中常用的吸附剂为活性炭。活性炭吸附剂一般利用其具有的丰富的微孔结构、较高的比表面积,因此具有很强的吸附力,广泛应用于水处理脱色、除臭以及有机物去除等方面。
活性炭吸附剂吸附有机物的过程是静电力和非静电力相互作用的复杂过程。静电力和非静电力的相互作用主要决定于吸附剂、吸附质以及水溶液的化学性质。其中活性炭的表面化学性质是影响静电力和非静电力相互作用的主要因素。而芳香族化合物的吸附主要依靠吸附剂和吸附质间的疏水作用和芳环间的 π-π 作用,即以物理吸附为主导。
活性炭对 NOM的吸附一般随着 pH 的增高而降低,这主要是因为在低 pH 下,吸附剂表面从水溶液中吸附大量 H+,从而增加吸附剂的表面酸度。同时,NOM 分子表面由于存在大量羧基和酚羟基,表面带有负电,从而与吸附剂表面所带 H+ 发生吸附,形成“离子偶”,完成有效吸附。而在 pH 升高时,羧基和酚羟基发生电离,从而影响“离子偶”的形成量,导致吸附量降低。
温度对吸附量的影响主要表现在随着溶液温度的升高,吸附量增大。这是因为活性炭吸附剂吸附 NOM 的过程是一个吸热过程,温度的升高,提高了 NOM 分子的活性,增大了初始吸附速度;同时,温度的升高使活性炭表面形成了更多的活性点,提高了 NOM 分子和活性点接触的机会,从而提高了吸附量。
具有较大表面积以及丰富的微孔结构的吸附剂具有更好的吸附性能。大的表面积,增大了吸附剂和吸附质接触的机会,丰富的微孔结构增大了活性炭的内表面积,使 NOM 分子可以更好的进入微孔内部,完成吸附过程。炭质纤维比颗粒状炭就有更好的吸附性,就是因为这个原因。
常用的活性炭吸附剂表面改性主要有热改性和化学改性 2 种,热改性可以很好的改变吸附剂的表面结构和微孔结构;化学改性,可以使吸附剂本身带有需要的官能团,提高对污染物的吸附能力。经过硝酸 - 热处理的AC3 比经过单独硝酸改性的 AC1 就有更好的表面微孔机构,通过元素分析,其表面氧化物含量依次顺序为 AC1>AC2>AC3>F400 AC5>AC4。