活性炭從水中去除聚氯乙烯微塑料

　　聚氯乙烯(PVC)微塑料作為一種新興污染物，因其在水環境中的持久性和潛在生態風險而備受關注。本研究探討了活性炭作為吸附劑從水中去除PVC微塑料的效能。通過批次吸附實驗，評估了不同粒徑、劑量和接觸時間的活性炭對PVC微塑料的去除效果。結果表明，活性炭對PVC微塑料表現出高吸附能力，最大去除率可達92.5%，且吸附過程符合偽二級動力學模型和Langmuir等溫線模型。初始pH值、離子強度和有機物共存對吸附性能的影響也進行了探討。研究結果為活性炭在水處理中去除微塑料的應用提供了理論依據和實踐指導。

　　微塑料作為一種全球性環境污染物，已在水體、土壤和生物體內廣泛檢測到。聚氯乙烯(PVC)微塑料因其高密度和化學穩定性，在水環境中易沉積并對生態系統造成潛在威脅。傳統水處理技術(如絮凝、過濾)對微塑料的去除效率有限，因此亟需開發高效、經濟的去除方法。活性炭因其高比表面積和多孔結構，在去除水中有機污染物和重金屬方面表現出色。然而，關于活性炭對PVC微塑料吸附性能的研究尚不充分。本研究以活性炭為吸附劑，系統探討其對PVC微塑料的去除效率，分析影響吸附的關鍵因素，并通過動力學和等溫線模型揭示吸附機制，旨在為微塑料污染控制提供新策略。

　　材料與方法

　　材料

　　實驗使用市售顆粒活性炭(粒徑0.5-2mm，比表面積約1000m2/g)和粉末活性炭(粒徑<100µm)。PVC微塑料(粒徑50-200µm，密度1.4g/cm3)購自某化學公司。所有化學試劑均為分析純。

　　吸附實驗

　　批次吸附實驗在250mL錐形瓶中進行，含100mL微塑料懸濁液(初始濃度10mg/L)。活性炭投加量為0.1-2g/L，振蕩速度為150rpm，溫度控制在25℃。實驗變量包括接觸時間(0-24h)、pH(3-11)、離子強度(0-0.1M/NaCl)和腐殖酸(0-20mg/L)。吸附后，通過0.45µm濾膜過濾樣品，采用紫外-可見分光光度計(波長220nm)測定殘余PVC濃度。

　　數據分析

　　吸附動力學采用偽一級和偽二級模型擬合，等溫線實驗則使用Langmuir和Freundlich模型分析。

　　結果與討論

　　吸附性能

　　實驗結果表明，粉末活性炭的PVC微塑料去除率(92.5%)顯著高于顆粒活性炭(78.3%)，這可能與其較高的比表面積和孔隙率有關。吸附量隨活性炭投加量增加而增加，但在1g/L后趨于飽和。

　　圖1:活性炭吸附前后的對比圖。

　　動力學分析

　　吸附過程符合偽二級動力學模型(R2>0.99)，表明化學吸附為主導機制。吸附速率常數k2隨粒徑減小而增加，反映了粉末活性炭的快速吸附特性(圖2)。

　　圖2:吸附動力學參數。

　　等溫線分析

　　Langmuir模型(R2=0.98)優于Freundlich模型(R2=0.92)，表明PVC微塑料在活性炭表面為單層吸附，最大吸附容量為15.6mg/g。

　　環境因素影響

　　吸附效率隨pH升高(3-7)略有增加，但在pH>9時下降，可能是由于表面電荷變化。離子強度和腐殖酸的存在對吸附有輕微抑制作用，但整體影響有限，表明活性炭對PVC微塑料的吸附具有較好的環境適應性。

　　活性炭從水中去除聚氯乙烯微塑料的研究表明，活性炭尤其是粉末活性炭對水中PVC微塑料具有高效去除能力，吸附過程以化學吸附為主，符合Langmuir等溫線模型。pH、離子強度和有機物對吸附性能的影響較小，顯示出活性炭在復雜水環境中的應用潛力。未來研究可進一步優化活性炭制備工藝，并探索其在實際廢水處理中的應用效果。

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