水是人类生存不可缺少的重要自然资源,是社会可持续发展的重要物质保障。随着我国工业和农业的发展以及人口的增长,各行各业产生的大量废弃物和生活垃圾排入到水环境中,我国水环境污染形势十分严峻。根据2016年发布的《中国环境状况公报》,我国967个地表水国控断面(点位)水质监测结果显示,Ⅳ-劣Ⅴ类水质断面有343个,占35.5%。近年来严重影响人民生活与经济生产的水环境污染事件频频发生,造成巨大的人民健康损害和经济损失,社会影响也十分恶劣。据统计,我国在1996-2006年,共发生水污染公共卫生事件271起,累计受影响人口超过700万人,其中生物性污染、化学性污染和混合污染案例分别为171例、92例和8例,分别占63.1%、33.9%和3.0%。为了有效控制水环境的污染,国家先后制定了相关法律法规及标准等,同时大力开展水污染控制技术研究。当前水污染控制方法主要有物理法、化学法、物理化学法和生物法等。吸附技术以其操作简便、吸附材料可再生、便于控制与管理、对水质水温和水量变化具有较好的耐冲击负荷等优势在水污染控制中得到广泛的应用,但是由于很多用于水质处理的吸附材料存在吸附量不足、再生困难、对水质要求高等缺点,尚不能满足越来越繁重的水污染控制的现实需求。本研究主要针对水环境中的有机物、重金属和病毒污染等问题,利用吸附技术可吸附各种污染物的特点,以第三代活性炭产品?活性炭纤维(Activated Carbon Fiber,ACF)和自制载阳电荷吸附材料为研究对象,分别开展ACF对水中有机污染物苯胺的吸附效率研究;利用表面改性技术增加ACF表面含氧酸性基团,进行改性ACF吸附水中重金属污染物铅的研究;采用阳性电荷凝胶包被柱层层析硅胶的方法制备载阳电荷吸附材料用于吸附水中病毒,建立了一套富集大水样中病毒的装置及方法。1.ACF吸附水中苯胺:ACF是在碳纤维技术基础上发展形成的一种理想高效吸附新材料。ACF的比表面积大,其内部具有充足的微孔径。ACF以其吸附容量大、吸附速度快、处理量大且使用时间长等特点,在水质净化处理方面具有独特的优势。ACF对苯胺的吸附等温线符合弗兰德(Freundlich)吸附模式,在相同的苯胺平衡浓度时,发现303K比293K时的ACF投加量要大。另外,ACF吸附苯胺受p H值影响较大,随着溶液中p H值的升高,吸附效率呈明显上升趋势。在苯胺吸附过程中,应保持吸附环境的最佳p H值控制在7-8,这样可以充分发挥ACF对苯胺的吸附性能。2.表面改性ACF吸附水中重金属铅:利用硝酸对ACF进行改性处理,可显著提高ACF表面的羧基、内酯基、酚羟基等含氧酸性基团含量,含氧酸性基团含量可增加到1.846mmol/g。尤其是将羧基含量从0.012mmol/g增至0.848mmol/g,其增加量占基团总数增加量的78.87%。ACF表面酸性基团的增加可以为ACF吸附金属离子提供更多的吸附位点,其实际意义远比提高比表面积更为重要,且使p Hpzc从4.47减少至2.43。随着ACF表面酸性基团的大量增加,改性ACF对Pb2+吸附效率从45%左右增加至95%以上,并且快速吸附阶段的吸附速率提高了近3倍。3.载阳电荷吸附材料富集大水样中病毒:采用在60-100目的柱层层析硅胶表面包被上带阳性电荷的凝胶方法制备成载阳电荷吸附材料。扫描电镜结果可以看出载阳电荷吸附材料是在硅胶表面上包被上了一层凝胶,其平均粒径为271.59μm。将制备好的载阳电荷吸附材料装入内径为84 mm,高为40 cm有机玻璃过滤柱中,最终载阳电荷吸附材料的高度约为30 cm,将含有浓度为102 PFU/m L大肠杆菌噬菌体f2的100 L水样进行过滤,载阳电荷吸附材料对大肠杆菌噬菌体f2的回收率达到90%以上。分别测试了3倍营养肉汤、3%牛肉粉、甘氨酸、甘氨酸复合3倍营养肉汤和甘氨酸复合3%牛肉粉等5种洗脱液对载阳电荷吸附材料上吸附病毒的洗脱效果,结果显示只有甘氨酸回收率在60%左右,远低于其它4种洗脱液。通过分段检测各第一次浓缩液中大肠杆菌噬菌体f2的含量,发现只有甘氨酸复合3倍营养肉汤为洗脱液不存在脱尾现象,因此确定甘氨酸复合3倍营养肉汤为该方法的洗脱液。通过富集方法中各项参数的测试,确定了富集过程中最佳流速为500 m L/min;水样分别在p H值为5-9之间,温度在4-30℃之间时大肠杆菌噬菌体f2的回收率均很稳定,维持在90%以上;水中细菌浓度对大肠杆菌噬菌体f2影响较少。载阳电荷吸附材料富集方法与美国APHA推荐的1-MDS膜法比较具有对水质要求低和回收率高的优势。通过测试不同水体中病毒富集效果,发现载阳电荷吸附材料对不同地域的自来水、地表水和医院污水中的病毒均具有良好的富集去除效果。综上所述,本研究以吸附技术为基础,利用ACF、表面改性ACF以及自制载阳电荷吸附材料分别对水中苯胺、铅、病毒等典型污染物去除过程进行了研究,均取得了良好的效果。其中,改性前后的ACF对苯胺和铅均存在一个快速去除过程(5 min左右),达到平衡后的ACF对苯胺和铅的去除效率均在80%以上。自制载阳电荷吸附材料对大体积水样中的病毒具有较好的富集去除效果,当洗脱液为甘氨酸复合3倍营养肉汤、流速为500 m L/min、p H值为5-9之间、温度为4-30℃之间时,其回收率在90%以上。在下一步研究中将致力于把改性前后的ACF和载阳电荷吸附材料进行高效集成,研制出可同时用于控制水环境中的有机物、重金属和病毒的技术装备,面对日益复杂的水质污染状况,使其在水污染控制研究领域具有更为广泛的应用前景。