活性炭吸附有機(jī)微污染物

　　隨著工業(yè)化進(jìn)程加速，水體中檢測到的有機(jī)微污染物(OMPs)種類日益增多，包括抗生素、殺蟲劑、內(nèi)分泌干擾物等。這些物質(zhì)具有高毒性、難降解性和生物累積性，傳統(tǒng)水處理工藝難以有效去除。活性炭吸附技術(shù)因其高效、經(jīng)濟(jì)的特點(diǎn)，成為去除OMPs的主流方法之一。近年來，研究聚焦于活性炭材料的優(yōu)化(如研磨提升比表面積59.28%)、吸附機(jī)制的量化解析(如機(jī)器學(xué)習(xí)模型)，以及耦合工藝(如臭氧-生物活性炭)的開發(fā)。本文系統(tǒng)分析活性炭對(duì)OMPs的吸附效能、影響因素及再生策略，并結(jié)合實(shí)際案例探討其應(yīng)用前景。

　　活性炭類型與預(yù)處理

　　材料選擇：優(yōu)選煤質(zhì)粉末活性炭，其碘值≥800mg/g，比表面積達(dá)1000–1500m²/g-1。

　　研磨預(yù)處理：通過機(jī)械研磨商品木質(zhì)活性炭，比表面積、總孔容積和平均孔徑分別提升59.28%、71.88%和7.89%，對(duì)DCF、SMX和ATZ的吸附效果提升5.81%–14%。

　　吸附實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

　　靜態(tài)吸附：考察投量(10–50mg/L)、pH(3–9)、溫度(15–40℃)及腐殖酸(0–0.5mg/L)對(duì)吸附效果的影響。實(shí)驗(yàn)表明，腐殖酸存在時(shí)DCF吸附量下降31.91%。

　　動(dòng)態(tài)連續(xù)流：設(shè)計(jì)粉末活性炭固定床，對(duì)比顆粒活性炭與生物活性炭的去除率。結(jié)果顯示，顆粒活性炭固定床出水DCF濃度比生物活性炭降低24.28%。

　　再生技術(shù)與評(píng)估

　　臭氧原位再生：采用臭氧水(濃度4.45mg/L)再生飽和活性炭，再生效率達(dá)72.33%，碘值恢復(fù)91.21%。

　　UV/H₂O₂-活性炭聯(lián)用：中試研究表明，該工藝通過生物降解與吸附協(xié)同，顯著降低低分子量有機(jī)物的化學(xué)多樣性，且無H₂O₂殘留。

　　機(jī)器學(xué)習(xí)模型

　　基于吸附數(shù)據(jù)，采用XGBoost、隨機(jī)森林等算法構(gòu)建預(yù)測模型，分析分子描述符與吸附容量的關(guān)系。

　　吸附性能與機(jī)制

　　高效去除OMPs：在活性炭投量20mg/L、OMPs初始濃度500μg/L條件下，活性炭對(duì)DCF、SMX和ATZ的去除率分別為100%、99.43%和94.54%(圖1)。吸附行為符合準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)和Freundlich模型，表明以多層化學(xué)吸附為主。

　　機(jī)制轉(zhuǎn)變閾值：機(jī)器學(xué)習(xí)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)logD≈2時(shí)，吸附主導(dǎo)力從疏水作用轉(zhuǎn)為π-π相互作用和氫鍵;分子柔性通過增強(qiáng)構(gòu)象適應(yīng)性，提升微孔填充效率。

　　影響因素分析

　　水質(zhì)參數(shù)：中性pH條件下吸附效果最佳;腐殖酸通過阻塞孔隙競爭吸附，導(dǎo)致DCF去除率下降31.91%。

　　煙氣組分：在燃煤煙氣應(yīng)用中，水汽和SO₂因競爭吸附使鄰二甲苯脫除效率下降24.94%和6.66%。

　　再生效能與工藝優(yōu)化

　　臭氧再生：再生時(shí)間從0.5h延長至2h，再生效率提高7.62%;動(dòng)態(tài)再生中，臭氧水(4.5mg/L)通入1h，再生效率達(dá)48.92%。

　　工藝優(yōu)勢：UV/H₂O₂-活性炭系統(tǒng)通過生物降解與自由基氧化協(xié)同，對(duì)DOM的去除率比活性炭提升30%以上，且出水化學(xué)多樣性顯著降低。

　　活性炭吸附技術(shù)能高效去除水體中的有機(jī)微污染物，其效能受活性炭性質(zhì)、水質(zhì)條件及污染物結(jié)構(gòu)影響。關(guān)鍵結(jié)論包括：材料優(yōu)化：研磨預(yù)處理和煤質(zhì)活性炭可顯著提升吸附容量；機(jī)制解析：機(jī)器學(xué)習(xí)量化了logD≈2和分子柔性為吸附機(jī)制的關(guān)鍵參數(shù)；再生與聯(lián)用：臭氧再生與UV/H₂O₂-活性炭工藝能實(shí)現(xiàn)活性炭循環(huán)使用，降低能耗與副產(chǎn)物風(fēng)險(xiǎn)。未來研究需聚焦活性炭表面修飾、低成本再生技術(shù)及大數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)模型的現(xiàn)場應(yīng)用。

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