利用活性炭纖維吸附廢水中ＣＣｌ_４的試驗研究

王銳剛　張傳義　張雁秋

摘 要：以活性炭纖維(ACF)作為去除廢水中四氯化碳(CCl4)的吸附劑。 分析了震蕩時間、溫度、pH、活性炭纖維用量等對吸附效果的影響。 結(jié)果表明，處理含CCl4廢水的理想條件為：pH=1、玹=25 ℃、玹=30 min，最大的去除率能達(dá)到90%。CCl4在活性炭纖維上的吸附規(guī)律可用Freundlich模式描述。活性炭纖維脫附效果很好，可以重復(fù)再生使用。

關(guān)鍵詞：活性炭纖維；四氯化碳；去除率

中圖分類號：X703.1文獻標(biāo)識碼：A文章編號：1672-1098(2008)01-0012-04

收稿日期：2007-05-20

作者簡介：王銳剛(1978-)，男，山西文水人，在讀博士，研究方向：水污染控制。

Experimental Study on Adsorption of Carbon Tetrachloride in

Wastewater on Activated Carbon Fiber

WANG Rui-gang，ZHANG Chuan-yi，ZHANG Yan-qiu

(School of Environment and Spatial Informatics, CUMT, Xuzhou Jiangsu 221008, China)

Abstract:Activated Carbon Fiber(ACF) was used as absorbent of carbon tetrachloride(CCl4) in wastewater. Influence of shaking time,temperature,pH value and dosage of ACF on absorption effect was investigated.The results show that the best conditions for removing CCl4 from wastewater are:pH value 1, temperature 25 ℃, reaction time 30 min. The most removal rate of CCl4 is 90%. Absorption of CCl4 by ACF can be described by Freundlich model. Desorption of ACF is strong and ACF can be used repeatedly.

Key words:activated carbon fiber；carbon tetrachloride；removal rate

四氯化碳(CCl4)是化工、醫(yī)藥、農(nóng)藥等行業(yè)常用的溶劑與原料，具有一定的水溶性和揮發(fā)性，同時又有較強的脂溶性，能在人體內(nèi)富集進而嚴(yán)重危害人體健康，美國EPA規(guī)定為優(yōu)先環(huán)境污染物?；钚蕴坷w維(ACF)是20世紀(jì)70年代發(fā)展起來的第二代纖維狀炭質(zhì)活性吸附材料。它不僅吸附性能好，而且具有良好的再生性，ACF作為一種高效的新型吸附材料在廢水處理中的應(yīng)用將愈來愈廣泛［1-5］。

1 實驗部分

1.1 實驗材料

主要試劑：CCl4、NaOH、HCl均為分析純。

活性炭纖維(ACF)：聚丙烯腈。

水樣：人工配制廢水。

主要儀器：恒溫震蕩器（鄄城現(xiàn)代實驗儀器廠）；MODEL 8900氣相色譜儀；吸附柱(自制)；pH計；溫度計；干燥箱；50 mL、250 mL錐形瓶若干。

1.2 實驗方法

靜態(tài)吸附實驗：調(diào)節(jié)恒溫箱的溫度分別為10 ℃、15 ℃、20 ℃、25 ℃、30 ℃、35 ℃下， 稱取0.250 g、0.500 g、0.750 g、1.000 g、2.000 g活性炭纖維分別加入5個250 mL錐型瓶中，再加入濃度為20 mg/L的CCl4廢水，在震蕩器上以120 r/min的速率震蕩，然后每隔一定時間取出一個錐型瓶，用氣相色譜法測定CCl4的濃度，直至瓶中濃度不再變化為止。

動態(tài)吸附實驗：根據(jù)靜態(tài)吸附實驗結(jié)果和選定的廢水流量，確定吸附柱內(nèi)ACF的量,吸附穿透的時間為4～6 h。測定不同流速和濃度的廢水通過吸附柱不同時刻所對應(yīng)的吸附柱出口吸附質(zhì)濃度。

然后采用氣相色譜法進行測定［6］。

2 結(jié)果與討論

2.1 靜態(tài)吸附

2.1.1 震蕩時間對吸附效果的影響 玹=25 ℃和pH=1條件下，CCl4在ACF上的吸附效果與震蕩時間的關(guān)系見圖1和圖2。

玹/min

圖1 震蕩時間對出水濃度的影響玹/min

圖2 震蕩時間對去除率的影響

從圖1和圖2可見，吸附初期CCl4在ACF上有較快的吸附速率，水中殘留濃度很快下降。此后，吸附速率趨于緩慢。吸附在3～4 min后基本達(dá)到平衡，出水的濃度最后穩(wěn)定在1 mg/L左右，ACF對CCl4的去除率達(dá)到80%以上, 最大的去除率達(dá)到90%。在等溫吸附實驗中，為了確保吸附充分達(dá)到平衡，取震蕩時間為30 min。

2.1.2 pH對吸附效果的影響 在玹=25 ℃和不同pH的條件下實驗結(jié)果如表1所示。

表1 pH對吸附效果的影響

pHACF量

/mg進水濃度

/(mg?L-1)出水濃度

/(mg?L-1)去除率

/%1587.119.513.91807564.417.633.238212569.317.384.2476

從表1可知，在中性條件下的CCl4的去除效果最好，ACF對CCl4的吸附受pH的影響不大。由于工業(yè)上含CCl4廢水是強酸性的，在酸性條件下也有較高的去除率，因此實驗在酸性條件下做是符合生產(chǎn)實際的。

2.1.3 吸附等溫線 吸附等溫線測試數(shù)據(jù)采用Freundlich公式擬合［7］，實驗結(jié)果如圖3和表2所示。

玵=k璮C1/n

兩邊取對數(shù)得：lg q=lg k璮+1/玭 lg C

其中：玵為ACF的平衡吸附量，mg/g；獵為CCl4的吸附平衡濃度，mg/L；玨璮為Freundlich公式經(jīng)驗常數(shù)；玭為與溫度有關(guān)的常數(shù)，一般玭≥1。

lg C

圖3 CCl4的吸附等溫線

表2 實驗數(shù)據(jù)擬合結(jié)果

擬合方程1/nk璮R2酸性lg q=1.847lg C-0.288 11.8470.520.987 3中性lg q=3.153 1lg C-0.725 63.153 10.190.935 9堿性lg q=1.917 6lg C-0.440 71.917 60.360.976 4

吸附等溫線的斜率較小，則單位質(zhì)量的吸附劑所能吸附的吸附質(zhì)在吸附等溫線所指示的所有平衡濃度下的變化較小，說明不管平衡濃度如何，吸附劑與吸附質(zhì)間都有較高的親和力。從圖3可見，中性條件下ACF的吸附容量受平衡濃度的影響最大。當(dāng)lg C的值大于0.4時，在相同平衡濃度下，中性的吸附容量最大，ACF對CCl4的飽和吸附量為58.07 mg/g。1/玭在0.1～0.5之間時為易吸附，從表2可見CCl4為不易吸附物質(zhì)。

2.1.4 ACF用量對吸附效果的影響 在玹=25 ℃，水量為250 mL，初始濃度為20 mg/L的條件下，得到ACF量對吸附效果的影響結(jié)果見圖4。

ACF/mg

圖4 ACF 量對吸附效果的影響

從圖4可見， ACF在加入500 mg即濃度為2 mg/mL時能使出水濃度基本達(dá)到穩(wěn)定。所以在上述條件下，最佳的ACF為2 mg/mL。

2.1.5 溫度對吸附效果的影響 在玹分別為25 ℃、30 ℃、35 ℃， pH=1， 水量為250 mL， 初始濃度為20 mg/L的條件下， 溫度對吸附效果的影響見表3。

表3 溫度對吸附效果的影響

溫度

/℃ACF量

/mg進水濃度

/(mg?L-1)出水濃度

/(mg?L-1)去除率

/%25400.012.732.2582.3430399.111.531.9583.1135385.612.412.0583.45

從表3可知，隨著溫度的升高，CCl4的去除率逐漸上升，但增加不大。隨著溫度的增加，CCl4的揮發(fā)也會增加，所以去除率的增加不全是吸附的結(jié)果，因此最佳的處理溫度為25 ℃。

2.1.6 脫附再生試驗 在pH=1， 玹=25 ℃的條件下進行脫附再生后吸附試驗， 并與脫附前比較(見圖5)。玹/min

圖5 脫附前后吸附性能

由圖5可知，脫附后的效果由原來大于80%的去除率降到80%以下，不過下降不大，說明ACF的脫附效果很好，可以多次重復(fù)使用?？梢夾CF是具有發(fā)展前途的水處理吸附劑。

2.2 動態(tài)吸附

動態(tài)吸附實驗中采用的是含CCl4工業(yè)廢水，初始濃度均為8 mg/L左右，實驗在玹=25 ℃，pH=1的條件下進行。不同流量條件下，動態(tài)吸附透過曲線見圖6。

玹/min

圖6 動態(tài)吸附曲線

從圖6可見，吸附透過曲線綜合反映了吸附平衡及吸附速度對吸附過程的影響。流量低時，穿透時間較長。流量增加時，接觸時間變短，穿透時間變短。在前20 min左右，濃度上升較快?？赡苁怯捎贏CF在填充柱中壓不緊密，溶液會沿著填充柱的內(nèi)壁流出。

3 結(jié)論

(1) ACF對CCl4的吸附呈單分子層形式進行，吸附基本符合Freundlich吸附等溫線。吸附等溫線方程為 玵=0.52獵1.847，屬于難吸附物質(zhì)。靜態(tài)吸附容量為58.07 mg/g。

(2) ACF對CCl4的吸附平衡時間短，3 min就能達(dá)到吸附平衡。

(3) 處理含CCl4廢水的理想條件為：pH=1、玹=25 ℃、玹=30 min，最大的去除率能達(dá)到90%。

(4) ACF脫附后，吸附能力變化不大，可反復(fù)再生使用。

參考文獻：

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［6］ 中華人民共和國衛(wèi)生部.GB5749-85生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)［S］.北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，1985.

［7］ ROBERT J HUNTER.Introduction to modern colloid science［M］.Oxford: Oxford University Press,1992,174-176.

(責(zé)任編輯：宋曉梅)