载银改性臭氧氧化活性炭的制备及对饮用水的杀菌效果研究

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随着社会的进步,人们更加意识到饮用水安全的重要性,为了开发适用于饮用水的高效杀菌材料,本研究制备了新型臭氧改性的载银活性炭(Ag/AC)。本课题选择活性炭为载体,采用臭氧预氧化后,分别经硝酸银或银氨溶液浸渍、煅烧制备了臭氧改性的载银活性炭,并进行了一系列的表征。采用比表面积及孔径分析测试仪(BET)对改性前后活性炭的比表面积、孔隙结构进行了表征;用Boehm滴定法测定了臭氧改性前后活性炭表面酸性基团含量;通过傅里叶红外光谱分析(FTIR)测定了臭氧改性前后活性炭表面官能团的变化;采用X射线衍射(XRD)考察了Ag/AC的晶体结构;用扫描电子显微镜(SEM)观察了Ag/AC的表面形态;用水中常见的大肠埃希氏杆菌(E.coli)和金黄色葡萄球菌(S.aureus)分别作为革兰氏阴性菌和革兰氏阳性菌的代表菌种,分别考察了静态和动态条件Ag/AC的杀菌效果。本研究结果可以为开发一种安全、高效杀菌的新型载银活性炭杀菌材料提供理论支撑。实验结果表明:活性炭经臭氧改性30 min后,活性炭表面酸性基团含量显著增加了17.79%;臭氧改性后的Ag/AC的载银量对比未改性的Ag/AC有着显著提高,当用硝酸银溶液浸渍且银离子浸渍浓度为50 mg·L-1时,臭氧改性后活性炭载银量提高了4.98%;对比硝酸银溶液浸渍,使用银氨溶液浸渍能够显著提高Ag/AC的载银量,当银氨离子浸渍浓度为50 mg·L-1时,载银量比硝酸银溶液浸渍提高了3.14%;此外,用银氨溶液浸渍显著减少了银的溶出,当载银量为1.03mg·g-1时,银溶出量仅为0.013mg·L-1,低于饮用水中银离子的安全标准。当载银量为1.03 mg·g-1时,静态杀菌实验结果表明,臭氧改性Ag/AC对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的杀菌效率分别达到100%和78%;动态实验结果表明,Ag/AC在滤柱中的填充高度越高,持续杀菌效果越好,当填充高度为10 cm时,在第50 d,Ag/AC对金黄色葡萄球菌和大肠埃希氏杆菌的杀菌效率仍能达到81.46%和91.38%,并且出水中未检测到银离子的溶出。
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