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解析活性炭溴化还原反应的原理

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文章出处:先科供水发表时间:2013-11-06 15:12:00

      活性炭从水中除去有机化合物,通过各种化学反应除去氯和氯氨,并且用作通用过滤介质。然而,其用于还原溴酸盐的用途尚不清楚。大多数技术员没有意识到活性炭验证方法的局限性,或者不是所有的活性炭都是相似的,特别是经过改性强化后的活性炭。
溴酸盐(BrO3-)是由臭氧与天然溴在饮用水中反应形成的消毒副产物。虽然使用标准氯化消毒不可能形成溴酸盐,但有一些证据表明,商业上可获得的次氯酸钠溶液可能含有溴酸盐作为污染物。溴酸盐是一种高毒性物质,导致不可逆的肾衰竭,耳聋和死亡。因此,一些环保机构已将10μg\L指定为饮用水中最大可接受浓度或者最大污染物水平(MCL)。
       饮用水中溴酸盐形成的重要前提是溴化物。饮用水中的平均溴化物浓度约为100μg\L。由于溴酸盐为63%溴化物,所以在溴氧化时,仅需要6.3微克\升的溴化物就需要转化为溴酸盐,超过MCL。地下水中溴的天然来源是沉积岩中的盐水侵入和溴化物溶解。溴通常在饮用水中以次溴酸(HOBr-)或次溴酸盐(OBr-)的形式存在。当暴露于臭氧化时,溴离子容易被氧化成溴水溶液。
为了了解溴酸鈉形成,需要对臭氧分解的必要理解。臭氧可以子啊形成副产物中发挥直接(分子臭氧途径)或间接(羟基自由基途径)氧化作用。臭氧与溴离子直接反应形成次溴酸盐和氧气。
O3+Br-O2+OBr-
      两个臭氧分子与次溴酸盐直接反应形成溴酸盐和氧气。或者,次溴酸盐可以与通过破坏臭氧产生的多个羟基自由基反应。
2O3(或OH*)+OBr-2O2+BrO3
      这些反应是广义的,而不一定是平衡的,但是他们对溴酸盐形成中的作用机制给出了很好的概述。
使用差示反应器进行测试以确定标准煤质活性炭和催化增强活性炭的反应速率。典型的活性炭特性反应速率显示反应遵循一级反应,更重要的是数据显示催化增强活性炭的反应速率比标准活性炭快3、4倍。
水的分析证实溴酸盐破坏的反应产物是溴化物。催化增强活性炭的反应速度越快,可使更短的接触时间系统被设计用于全面的使用。实验设计研究表明,典型的性能如碘值不能用于预测溴酸盐还原性能,然而,通过过氧物数量测定的催化活性可用于确定更适用的活性炭。
活性炭现实世界应用差示反应器研究可用于测定反应速率。然而,需要进行全面测试来验证数据。关于减少溴酸盐的研究已经采用了快速小规模柱试验(RSSCT)程序,其被设计用于吸附应用,并且不能很好的转化为存在不同的去除机理,如氧化\还原或者离子交换的应用。使用实际的粒径活性炭和全尺寸的接触时间进行柱研究以验证性能。使用30分钟接触时间和催化增强的活性炭研究表明,溴酸盐可以从平均110ppb的溴酸盐平均降低到平均小于5ppb。
差示反应器研究表明溴化物还原反应为溴化物一级。显示标准活性炭性能如碘值不能用于表明溴酸盐还原性能。通过过氧化物数量测定的催化活性炭确实给出了溴酸盐还原性能的一些迹象。研究数据显示活性炭可用于将溴酸盐还原成可接受的水平。

此文关键字: 果壳活性炭 粉状活性炭