活性炭国家专精特新“小巨人”企业活性炭产学研合作

　　活性炭从水中去除聚氯乙烯微塑料

　　聚氯乙烯(PVC)微塑料作为一种新兴污染物，因其在水环境中的持久性和潜在生态风险而备受关注。本研究探讨了活性炭作为吸附剂从水中去除PVC微塑料的效能。通过批次吸附实验，评估了不同粒径、剂量和接触时间的活性炭对PVC微塑料的去除效果。结果表明，活性炭对PVC微塑料表现出高吸附能力，最大去除率可达92.5%，且吸附过程符合伪二级动力学模型和Langmuir等温线模型。初始pH值、离子强度和有机物共存对吸附性能的影响也进行了探讨。研究结果为活性炭在水处理中去除微塑料的应用提供了理论依据和实践指导。

　　微塑料作为一种全球性环境污染物，已在水体、土壤和生物体内广泛检测到。聚氯乙烯(PVC)微塑料因其高密度和化学稳定性，在水环境中易沉积并对生态系统造成潜在威胁。传统水处理技术(如絮凝、过滤)对微塑料的去除效率有限，因此亟需开发高效、经济的去除方法。活性炭因其高比表面积和多孔结构，在去除水中有机污染物和重金属方面表现出色。然而，关于活性炭对PVC微塑料吸附性能的研究尚不充分。本研究以活性炭为吸附剂，系统探讨其对PVC微塑料的去除效率，分析影响吸附的关键因素，并通过动力学和等温线模型揭示吸附机制，旨在为微塑料污染控制提供新策略。

　　材料与方法

　　材料

　　实验使用市售颗粒活性炭(粒径0.5-2mm，比表面积约1000m2/g)和粉末活性炭(粒径<100µm)。PVC微塑料(粒径50-200µm，密度1.4g/cm3)购自某化学公司。所有化学试剂均为分析纯。

　　吸附实验

　　批次吸附实验在250mL锥形瓶中进行，含100mL微塑料悬浊液(初始浓度10mg/L)。活性炭投加量为0.1-2g/L，振荡速度为150rpm，温度控制在25℃。实验变量包括接触时间(0-24h)、pH(3-11)、离子强度(0-0.1M/NaCl)和腐殖酸(0-20mg/L)。吸附后，通过0.45µm滤膜过滤样品，采用紫外-可见分光光度计(波长220nm)测定残余PVC浓度。

　　数据分析

　　吸附动力学采用伪一级和伪二级模型拟合，等温线实验则使用Langmuir和Freundlich模型分析。

　　结果与讨论

　　吸附性能

　　实验结果表明，粉末活性炭的PVC微塑料去除率(92.5%)显著高于颗粒活性炭(78.3%)，这可能与其较高的比表面积和孔隙率有关。吸附量随活性炭投加量增加而增加，但在1g/L后趋于饱和。

　　图1:活性炭吸附前后的对比图。

　　动力学分析

　　吸附过程符合伪二级动力学模型(R2>0.99)，表明化学吸附为主导机制。吸附速率常数k2随粒径减小而增加，反映了粉末活性炭的快速吸附特性(图2)。

　　图2:吸附动力学参数。

　　等温线分析

　　Langmuir模型(R2=0.98)优于Freundlich模型(R2=0.92)，表明PVC微塑料在活性炭表面为单层吸附，最大吸附容量为15.6mg/g。

　　环境因素影响

　　吸附效率随pH升高(3-7)略有增加，但在pH>9时下降，可能是由于表面电荷变化。离子强度和腐殖酸的存在对吸附有轻微抑制作用，但整体影响有限，表明活性炭对PVC微塑料的吸附具有较好的环境适应性。

　　活性炭从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对水中PVC微塑料具有高效去除能力，吸附过程以化学吸附为主，符合Langmuir等温线模型。pH、离子强度和有机物对吸附性能的影响较小，显示出活性炭在复杂水环境中的应用潜力。未来研究可进一步优化活性炭制备工艺，并探索其在实际废水处理中的应用效果。

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