技术详细介绍
终端净水是保证饮用水洁净与安全的最后一道屏障。通过PP棉、活性炭吸附、离子交换及膜过滤等逐级净化,水中的各类污染物被逐级截留。通过如紫外等杀菌技术使出水微生物指标合格。其中,活性炭（AC）是终端净水设备中常用的核心净化材料之一。AC具有丰富的孔结构、巨大的比表面积、可调控的表面化学性质及晶格缺陷等特征,通过范德华力、氢键及静电引力等物理作用力和鳌合、催化还原、氧化等化学作用吸附水中的各类污染物,包括溶解性有机物、消毒副产物、余氯及可溶性重金属离子等。纵然有诸多的优势,在使用中AC依旧存在若干问题。例如,（1）AC表面吸附的有机物为微生物提供生长条件,导致出水中细菌数量超标,同时亚硝酸含量也可能超标;（2）AC使用后因吸附饱和而失效,如不及时更换,会造成更严重的二次污染;（3）由于表面的疏水性质,AC对低浓度的重金属离子去除效率和能力较差;（4）AC对污染物仅为相转移过程,而未转化或降解污染物,其潜在的环境危害依然存在;（5）由于孔道结构和表面性质不匹配,AC对低浓度的新兴有机污染物的吸附效果不理想。因此,从提升终端净水的效率和能力的角度,基于活性炭的改性非常必要。改性技术应具备同时提升活性炭对无机污染物的去除效率和能力,并能抑制表面微生物的繁殖的能力。综上,基于活性炭研发安全、低成本且无次生污染的新材料至关重要。 本项目基于终端常见的低浓度可溶性重金属离子和致病微生物-大肠杆菌以及AC的实际使用问题,提出以AC为载体,同时负载nZVI和nAg的思路,协同AC的吸附能力、nZVI与nAg之间的微电池反应能及各自的环境净化能力的方案。通过项目实施,理清了AC上nZVI的生长机理、与重金属去除的构-效关系、作用关系、nZVI与nAg的作用机制、Ag+的释放规律等关键科学问题,实现了活性炭同时具有吸附和转化饮用水中低浓度重金属离子以及抑制/杀灭微生物的功能,从而降低了AC的二次污染风险,提升了AC的应用潜力,最终达到改性AC的安全、高效、持久净化水的目标。
