活性炭广泛应用于分离提纯各种化工产品、供水净化和废水处理中。然而,活性炭吸附的高成本限制了其应用的广度和深度。影响吸附工艺操作成本的主要因素包括吸附速度和吸附容量、再生效率和成本。因此,增强活性炭吸附速度和吸附容量、提高再生效率和减少再生成本是降低吸附工艺操作成本有效途径,也是目前国内外研究活性炭吸附的主要内容。本论文采用一种经济有效的电化学方法来增强活性炭纤维的吸附速度和吸附容量,同时该方法还可以与目前认为比较有前景的电化学再生方法形成一体化的吸附/再生循环废水处理工艺。 本论文主要研究了电化学极化活性炭纤维对苯酚、苯胺、间甲酚和酸性橙Ⅱ(AO7)吸附速率和吸附容量的变化,分析了电增强吸附作用机理,建立了电吸附速率方程,并且探索了电增强吸附/再生循环一体化的可行性。 电化学极化能够有效地加速苯酚、苯胺、间甲酚和AO7在活性炭纤维上的吸附速度,各条件下的吸附动力学都符合Lagergren一级吸附动力学模型。碱性条件下,700mV电极化时苯酚的吸附速率常数较开路时增加了71%;苯胺、间甲酚和AO7在600mV极化下的吸附速率常数分别较开路增加了33%、77%和120%。吸附速率的提高主要是由于在电极化作用下吸附亲和力的增强和吸附位点数量的增加。为了反映吸附亲和力的增强和吸附位点数量的增加对吸附速率的影响,在Lagergren吸附速率方程的基础上,建立了电吸附速率方程,该方程对有机污染物(苯酚、苯胺和间甲酚)的电吸附具有良好的预测性能。 电化学极化也能有效地提高活性炭纤维对苯酚、苯胺、间甲酚和AO7的吸附量。各极化条件下的吸附等温线都符合Langmuir和Freundlich吸附等温模型,但前者具有更好的拟合效果。碱性条件下,700mV电极化可以使苯酚在活性炭纤维上的最大吸附量较开路时增加近10倍;600mV极化下,苯胺、间甲酚和AO7的最大吸附量较开路时分别增加了2.04、0.61和1.15倍。电吸附增强主要是由于作用力的增强、结合状态的改变和活性炭纤维表面物理性质的改善所引起,不存在电化学直接氧化或电化学产生的自由基的间接氧化。 物质结构对活性炭纤维的电化学极化吸附作用具有较大的影响。供电子基团的单取代苯,正极化能明显增强其吸附量;但吸电子基团的单取代,正负极化对吸附量的影响较小;供体-共轭桥键-受体型结构的苯衍生物,正负极化都使其吸附速率得到加快。 AO7的电化学增强吸附与再生相结合的实验表明,电增强吸附/再生循环一体化废水处理工艺可以实现。再生电压为-5V,再生效率可以达到90%以上,多次电吸附/再生