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活性炭的溴化還原應(yīng)用

來源：韓研活性炭網(wǎng) 作者：韓研活性炭網(wǎng) 2017-06-20

　　活性炭通過稱為吸附的方法從水中除去有機化合物的能力是眾所周知的，通過各種化學(xué)反應(yīng)除去氯和氯胺，并且用作通用過濾介質(zhì)。然而，其用于還原溴酸鹽的用途尚不清楚。現(xiàn)在技術(shù)員研究了活性炭的多種使用，大部分已經(jīng)締結(jié)的活性炭不是一個經(jīng)濟有效的解決方案。然而，這些技術(shù)員沒有意識到活性炭驗證方法的局限性，或者不是所有的活性炭都是相似的，特別是經(jīng)過改性強化后的活性炭。

　　反應(yīng)原理

　　溴酸鹽(BrO3-)是由臭氧與天然溴在飲用水中反應(yīng)形成的消毒副產(chǎn)物。雖然使用標準氯化消毒不可能形成溴酸鹽，但有一些證據(jù)表明，商業(yè)上可獲得的次氯酸鈉溶液可能含有溴酸鹽作為污染物。溴酸鹽是一種高毒性物質(zhì)，導(dǎo)致不可逆的腎衰竭，耳聾和死亡。因此，一些環(huán)保機構(gòu)已將10μg/ L指定為飲用水中最大可接受濃度或最大污染物水平(MCL)。

　　飲用水中溴酸鹽形成的重要前體是溴化物。飲用水中的平均溴化物濃度約為100μg/ L。由于溴酸鹽為63%溴化物，所以在臭氧化時，僅需6.3微克/升的溴化物就需要轉(zhuǎn)化為溴酸鹽，超過MCL。地下水中溴的天然來源是沉積巖中的鹽水侵入和溴化物溶解。溴通常在飲用水中以次溴酸(HOBr-)或次溴酸鹽(OBr-)的形式存在。當暴露于臭氧化時，溴離子容易被氧化成溴水溶液。除溴酸鹽外，

　　為了了解溴酸鈉的形成，需要對臭氧分解的必要理解。臭氧可以在形成副產(chǎn)物中發(fā)揮直接(分子臭氧途徑)或間接(羥基自由基途徑)氧化作用。臭氧與溴離子直接反應(yīng)形成次溴酸鹽和氧氣。

　　O3 + Br- O2 + OBr-

　　然后兩個臭氧分子與次溴酸鹽直接反應(yīng)形成溴酸鹽和氧氣。或者，次溴酸鹽可以與通過破壞臭氧產(chǎn)生的多個羥基自由基反應(yīng)。

　　2O3(或OH *)+ OBr- 2 O2 + BrO3

　　這些反應(yīng)是廣義的，而不一定是平衡的，但是它們對溴酸鹽形成中的作用機制給出了很好的概述。

　　活性炭的溴化還原研究

　　很多技術(shù)員已經(jīng)研究了使用活性炭去除或還原溴酸鹽，迄今為止的數(shù)據(jù)各不一致，在某些情況下，由于用于確定活性炭適用性的技術(shù)而導(dǎo)致產(chǎn)生誤導(dǎo)，明顯的是，活性炭排放篩選過程被忽視，這導(dǎo)致了關(guān)于在此應(yīng)用中使用活性炭的概括。

　　然而，在表面性質(zhì)對溴酸鹽去除的影響，根據(jù)數(shù)據(jù)顯示表面性質(zhì)可以并且確實影響溴酸鹽去除性能。其他應(yīng)用如液相中的氯胺除去和硫化氫和二氧化硫在氣相中的氧化也已顯示受表面性質(zhì)的影響。生產(chǎn)的催化性能和吸附性能的市售活性炭確實存在，并且已經(jīng)研究了溴酸鹽還原。但是，由于測試條??件，這些數(shù)據(jù)是誤導(dǎo)性的。

　　活性炭溴酸還原的應(yīng)用-反應(yīng)動力學(xué)

　　使用差示反應(yīng)器進行測試以確定標準煤質(zhì)活性炭和催化增強活性炭的反應(yīng)速率。典型的活性炭特性反應(yīng)速率數(shù)據(jù)顯示反應(yīng)遵循一級反應(yīng)，更重要的是數(shù)據(jù)顯示催化增強活性炭的反應(yīng)速率比標準活性炭快3.4倍。

　　水的分析證實溴酸鹽破壞的反應(yīng)產(chǎn)物是溴化物。催化增強活性炭的反應(yīng)速度越快，可使更短的接觸時間系統(tǒng)被設(shè)計用于全面的使用。實驗設(shè)計研究表明，典型的性能如碘值不能用于預(yù)測溴酸鹽還原性能，然而，通過過氧化物數(shù)量測定的催化活性可用于確定更適用的活性炭。

　　活性炭-現(xiàn)實世界應(yīng)用差示反應(yīng)器研究可用于測定反應(yīng)速率。然而，需要進行全面測試來驗證數(shù)據(jù)。關(guān)于減少溴酸鹽的研究已經(jīng)采用了快速小規(guī)模柱試驗(RSSCT)程序，其被設(shè)計用于吸附應(yīng)用，并且不能很好地轉(zhuǎn)化為存在不同的去除機理如氧化/還原或離子交換的應(yīng)用。使用實際的粒徑活性炭和全尺寸的接觸時間進行柱研究以驗證性能。使用30分鐘接觸時間和催化增強的活性炭研究表明，溴酸鹽可以從平均值110ppb的溴酸鹽平均降低到平均小于5ppb。

　　活性炭實驗結(jié)果：

　　差示反應(yīng)器研究表明溴化物還原反應(yīng)為溴化物為一級。顯示標準活性炭性能如碘值不能用于表明溴酸鹽還原性能。通過過氧化物數(shù)量測定的催化活性炭確實給出了溴酸鹽還原性能的一些跡象。研究數(shù)據(jù)顯示活性炭可用于將溴酸鹽還原成可接受的水平。

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