新型活性炭方式对染料污水的研讨
新型活性炭方式对染料污水的研讨
来源:滢源水处理
作者:滢源水处理技术部
日期:2017-05-02
1实验部分
1.1试剂与仪器
活性炭纤维、椰壳活性炭HA-A（粒径812目）、粒状活性炭、活性艳红X-3B染料均为工业品；硫酸、氢氧化钠均为分析纯。 THZ-82A数显水浴恒温振荡器；VarianCary50型紫外可见分光光度计；干燥箱。
1.2活性炭的预处理
ACF、GAC、椰壳AC在制作和运输过程中，长期暴露在空气中，表面上吸附有很多杂质，为保证实验结果的准确性，需要对其进行预处理。取ACF、GAC、椰壳AC用蒸馏水洗涤4次，在120e下干燥12h，取出后密封置于干燥器中备用。
1.3实验方法
取初始浓度为50mg/L的活性艳红X-3B染液300mL，于500mL的锥型瓶中，并分别称取2g经过预处理的ACF、GAC、椰壳AC，置于锥型瓶中，并置于振荡器中，振荡器内恒温水浴温度为25e，振荡频率为160次/min.分别在2，30，60，90，120min取样，分析脱色率。
2结果与讨论
2.1吸附时间对吸附效果的影响
在180，240，300，360，420，480min分别取样，3种炭材料对活性艳红X-3B染料废水的静态吸附结果。
可知，不同的炭材料对染料吸附的平衡时间不一样，ACF的吸附平衡时间最快，其次是GAC，椰壳AC最慢。在60min的时候，ACF开始趋向平衡，而GAC和椰壳AC分别在360min和480min后才趋向平衡，这与资料上报道的活性炭对染料废水脱色的平衡时间由3h到17h不等的结果是一致的。ACF吸附速度较其余2种活性炭快，是因为ACF吸附过程主要为纤维表面微孔吸附，吸附层很薄。
2.2吸附实验的影响因素
2.2.1炭材料用量对吸附效果的影响分别称取
可知，ACF、椰壳AC的吸附率随着炭用量的增大明显的增大，而GAC的吸附率增加比较缓慢。在相同的炭用量下，吸附率顺序为：椰壳AC>ACF>GAC.
2.2.2溶液温度对吸附效果的影响在温度分别为10，30，60e下3种炭材料对染料废水吸附60min后的结果。
可知，在1060e时，温度越高，吸附效率越高，此结论与文献报道的结果一致，这与染料颗粒热运动频繁，碰撞几率上升有关。3种炭材料中，ACF对染料溶液的吸附性能受温度的影响最大，GAC和椰壳AC次之。3种炭材料的吸附等温线分别按Langmuir和Fre2undlich等温式拟合的结果。
结合我们以前的研究可知，GAC、ACF、椰壳AC吸附活性艳红X-3B染料废水的吸附等温线均符合Langmuir等温模式，其等温方程分别为：GAC：C/n2s=337.23C 15776，R=0.9750ACF：C/n2s=317.42C 825.68，R=0.9790椰壳AC：C/n2s=51.845C 4470.8，R=0.9787式中C）））吸附平衡的浓度，mg/L；n2s）））吸附量，mg/mg.可见，3种炭材料对染料废水的吸附均以单分子层吸附为主。
2.2.3溶液pH值对吸附效果的影响调节染料
溶液的pH分别为1.5，4.5，9.5，11.5，振荡60min，进行静态吸附。可知，ACF的吸附性能随溶液pH值的增加而降低，而GAC和椰壳AC在中性条件下吸附性能均大大降低。整体来看，在弱酸性条件下，3种炭材料对染料废水均有较好的脱色效果，这与多数文献报道的结果是一致的。这是因为溶液pH值对吸附的影响，既与活性炭本身有关，也与吸附质（溶质）的性质有关，pH值低时，废水中的有机酸形成离子的比例较小，故吸附量大。
2.2.4活性艳红X-3B溶液浓度对吸附效果的影响
取初始浓度分别为25，50，100，200，400mg/L的活性艳红X-3B染料溶液分别进行吸附实验。
可知，随着染料溶液浓度的提高，脱色率是下降的，且ACF的脱色率下降的速度比椰壳AC和GAC快。
2.3活性炭再生
活性炭因其极强的吸附能力在废水处理中获得广泛的应用。但其成本高，且易吸附饱和，若不进行再生回收，不仅不经济，还会对环境造成污染。本实验把低温加热再生和微波再生做了对比。
2.3.1加热再生活性炭对吸附性能的影响用蒸馏水清洗4遍已吸附饱和的ACF、GAC、椰壳AC，在120e干燥箱中烘干12h后，在60e下进行静态吸附实验。
120e加热再生对椰壳AC来说是最有利的，其次是GAC和ACF.再生后，椰壳AC再生性能恢复率可达100，GAC达92.2，而ACF只有31.9.
2.3.2微波再生活性炭对吸附性能的影响用蒸馏水清洗4遍已吸附饱和的ACF、GAC、椰壳AC，在120e干燥箱中烘干12h，再用600W微波再生10s后，在60e下进行静态吸附实验。
微波对3种炭材料均有较好的再生效果。微波再生不仅能使椰壳AC和GAC的吸附性能恢复率达100，而且还能大大提高ACF的吸附性能，吸附量达原来的2.4倍。
本文以椰壳活性炭为例，采用扫描电镜对微波再生前后的活性炭进行分析，从活性炭再生前后的SEM图比较中可以看到，活性炭在微波辐照下，变化主要发生在孔隙结构上，活性炭微孔数增多，孔径变大，并且形状由圆形变得不规则。这是因为活性炭吸收微波能，转化为热能，活性炭表面和内部吸收的有机物发生解吸、脱附、炭化等，活性炭的孔隙扩大，吸附能力得到再生。3种炭材料中，由于ACF孔径小，且孔全位于表面，而活性艳红X-3B染料的分子较大，不易在ACF内充填和传递，吸附主要发生在外表面及孔径足够大的中孔，故吸附量相对小，但经微波再生后，由于孔径变大，因此吸附性能大大提高。而GAC和椰壳AC由于本身孔径较大，因此微波再生对他们吸附性能的影响相对小些。
3结论
（1）3种炭材料的吸附容量大小分别为椰壳AC>ACF>GAC；在1050e内，温度越高，吸附效率越高；在弱酸性条件下，3种炭材料对染料废水均有较好的脱色效果；随着染料溶液浓度的提高，脱色率是下降的。
（2）加热和微波均可使GAC和椰壳AC再生，且再生后的吸附性能均基本可恢复到原来100，微波能使ACF再生后的吸附量达原来的2.4倍。