活性炭吸附去除水中的病毒

　　活性炭因其表面积大，孔隙率高和吸附能力大而被公认为是一种有效吸附剂。因此，它们已广泛用于水净化中，以去除有机和无机污染物。此外，已经测试了多种吸附剂(例如颗粒活性炭和粉末活性炭)的病毒去除能力，因为病毒显示出与各种表面材料的吸附性相互作用。但是，发现这些活性炭吸附剂的病毒清除能力较低。所以，我们研发了超能粉状活性炭可以改善病毒去除效果。

快盈VIII　　活性炭上带负电荷的羧基或内酯基与病毒上的氨基之间的静电相互作用在病毒去除中起重要作用。本次主要是评估活性炭去除病毒的性能，并研究孔径分布对病毒去除的影响。使用MS2噬菌体(MS2)作为模型病毒，进行了批处理实验，比较了不同活性炭对病毒的去除效果。MS2包含单链RNA，并具有二十面体形状。MS2具有与病原病毒相似的特性，因此已在水处理和消毒研究中广泛用作替代病毒。

　　活性炭批量去除病毒实验

快盈VIII　　测试了八种多活性炭吸附剂，包括三个测试用活性炭和五种商用活性炭。分批实验使用100mL玻璃锥形瓶制备。使用通用测试水在批处理实验中测试病毒的去除。制备的水质参数如下：温度：20–25°C，pH：7.0–7.6，总有机碳(TOC)：1.0mg/L，电导率(EC)：17.4–19.2mS/m和碱度：90–110mgCaCO3/L，2M的盐酸和单宁酸制成的去离子水。首先将掺有病毒储备溶液和制备的水充分混合。然后，分别添加1g活性炭，并使用磁力搅拌器以400rpm的速度连续混合悬浮液。

　　几种吸附剂的表征

快盈VIII　　我们测试了八种活性炭吸附剂的特性。所有吸附剂的粒径都比较相似，从0.23毫米到0.5毫米不等。测试用活性炭的BET表面积略小于高品质商用的BET表面积。放大200k时活性炭表面的SEM图像如图1所示。所有测试只能活性炭在pH值为6.0至7.1时都带有负电荷。测试用活性炭zeta电位无明显差异(范围从−13至−34mV)和活性炭(范围从−6.3至−43mV)。

　　图1：放大200k时，不同的活性炭的SEM图像。

快盈VIII　　活性炭吸附剂之间的孔径分布的差异可能是由原材料来源引起的。实际上，测试用活性炭是由农作物纤维素制成的，而商用活性炭是由椰壳和木材制成的。这些原材料可能包含不同含量的碳以及无机和挥发性化合物，因此可能会影响其孔径分布。更重要的是，这些材料的生产过程也可能会影响其结构。对于测试用活性炭，去除二氧化硅后，b-c用蒸汽活化处理，而A未处理。因此，很可能在B和C中大比例的大孔径是由蒸汽活化过程产生/增强的。此外，与B相比，C还用盐酸处理过。对于活性炭，是经过特定程序进行炭化活化后的高指标炭。

　　活性炭吸附剂去除病毒

　　通过不同的活性炭去除病毒的过程在图2显示。随着接触时间从0分钟增加到60分钟，测试用活性炭A，活性炭A，B，C并未显示病毒清除，而测试用活性炭B，C，活性炭D则观察到病毒去除率增加。在接触时间为60分钟时，这些发现表明，测试用活性炭-C比其他活性炭吸附剂能够更好地清除病毒。

　　图2：在不同的接触时间(0、20、40和60分钟)，测试用(a)和活性炭(b)去除MS2。

　　由于每单位重量材料的面积更大，因此预期使用较细的活性炭的吸附能力会更高。但是，从多孔碳材料中观察到了明显的病毒去除差异，其粒径范围(0.23-0.50mm)与病毒大小相似。此外，尽管测试用活性炭比活性炭具有更少的BET表面积和更低的技术参数，但它们实现了更高的病毒清除效率。这些结果表明，活性炭吸附剂的粒径和BET表面积可能不是影响病毒去除效率的主要因素。

快盈VIII　　与以前的研究相比，当前研究中的测试用活性炭的性能可能更有效，因为它们可以在更短的接触时间(60分钟)内实现更高的病毒清除率。此外，当前研究中有机化合物的存在可能降低了测试用活性炭的病毒去除效率。在以前的研究中使用的水中，测试用活性炭效果比较好。但是，应该注意的是，当前研究中使用的吸附用量也高于先前研究中的用量。因此，需要进行更多的研究来比较不同吸附剂在相同实验条件下去除病毒的效率。

　　活性炭去除病毒的性能可能会受到其孔径分布的影响。比微孔(<2nm)和中孔(2–50nm)大的孔比病毒(特别是200–4500nm)大，更有助于去除MS2。在所测试的吸附剂中，改良活性炭C具有更大的200-4500nm孔体积，能够比其他吸附剂更好地去除MS2。改良活性炭中很大比例的大孔可能是由原材料在生产过程造成的，该过程采用了去除二氧化硅，蒸汽活化和酸洗的方法。因此，改良活性炭在水净化过程中显示出是一种用于水净化过程中去除病毒的潜力吸附剂。

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