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目前用于水处理的活性炭以粉末状活性炭为主。粉末活性炭堆密度低、不易储放、运输和回收,容易造成粉尘污染。以纸张为载体,通过造纸方法加工而成的活性炭过滤纸能够克服上述缺点。活性炭过滤纸作为一种新型的活性炭产品和特殊的过滤介质,具有广阔的市场前景。本文对活性炭过滤纸的制备及其增强作用机理进行初步研究,以期为活性炭过滤纸的实际生产提供理论基础。
⑴采用光学显微镜、FS200纤维长度分析仪对三种植物纤维浆料的纤维形态、长度和粗度进行分析,比较了成纸的相关性能,确定北木浆为活性炭过滤纸的适宜浆料;研究了丝光化北木浆、化学纤维、棉浆和麻浆、机械浆与北木浆的配抄对成纸性能的影响,结果表明:配抄丝光化北木浆和化学纤维后,成纸的透气性能和过滤性能改善,但强度性能大大降低,配抄量不宜超过25%(对绝干浆);配抄21%麻浆后,成纸的透气度和强度均增大,特别是湿强指数,提高了20.8%,较棉浆更适合活性炭过滤纸的配抄;配抄12.8%的马尾松CTMP浆后成纸的抗张指数、湿强指数、平均孔径和滤水时间分别为3.5 N·m/g、1.01 N·m/g、2276 ml/min、44.4μm、43.2s,较桉木CTMP、杨木BCTMP更适合于活性炭过滤纸的配抄。
⑵研究了助留剂CPAM和改性聚乙烯亚胺对活性炭和合成胶乳留着的影响。结果表明,相对分子质量为120万的改性聚乙烯亚胺(PEI)适合于作为第一段助留剂,用量以0.3%(对绝干浆料)为宜,最佳添加顺序为:先加PEI,后加胶乳,最后加活性炭;离子强度1.5%,分子量1600万的APAM适合于作为第二段助留剂,其用量在0.05%~0.10%之间。
⑶采用湿部添加合成胶乳的方式,研究了合成胶乳的特性及用量对活性炭过滤纸性能的影响。结果表明,ABS聚合物乳液更适合作为活性炭过滤纸的增强胶乳。
⑷采用氯丁胶乳预先和活性炭混合的方式,对活性炭过滤纸的掉粉问题进行了初步探索,其最佳工艺为:非离子氯丁胶乳用量为4.8%(对绝干浆料)、ABS聚合物乳液用量为5%(对绝干浆料),胶乳和活性炭混合时间为5min为宜,胶乳的稀释浓度以0.5%(质量分数)为宜。
⑸用氮气吸附仪对四种活性炭的孔隙性能进行了测定,对成纸的吸附性能进行表征。结果表明,四种活性炭中,活性炭AC2其微孔和大中孔孔隙结构均不发达,对亚甲基蓝和苯酚吸附效率分别为20.7%和73.1%;活性炭AC3微孔孔隙结构发达,对苯酚的吸附效率较高为83.2%;活性炭AC1其大中孔孔隙结构发达,对亚甲基蓝的吸附效率为90.9%;活性炭AC4的微孔和大中孔孔隙结构均较发达,对亚甲基蓝和苯酚吸附效率分别为92.4%和93.8%。