竹炭對(duì)溶液中2,4-二硝基氯苯的吸附與回收研究

王桂仙，張啟偉，張曉燕

竹炭對(duì)溶液中2,4-二硝基氯苯的吸附與回收研究

*王桂仙，張啟偉，張曉燕

（麗水學(xué)院化學(xué)化工系，浙江，麗水 323000)

本研究了竹炭對(duì)溶液中2,4-二硝基氯苯(CDNB)的吸附行為。研究確定竹炭對(duì)CDNB的吸附平衡時(shí)間、最佳吸附pH以及吸附溫度、吸附劑用量等因素對(duì)吸附效果的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：CDNB初始濃度0=0.05 mg/mL，T = 298 K，pH = 5.0，吸附時(shí)間= 12 h時(shí)，竹炭對(duì)CDNB的吸附率E 可達(dá)到97.6 %；用乙醇作洗脫再生劑，洗脫率可達(dá)95.2 %；且脫附的CDNB可用蒸餾重結(jié)晶法回收，回收率可達(dá)86.4%。CDNB吸附處理的材料。

竹炭; 2,4-二硝基氯苯(CDNB); 吸附; 回收

2,4-二硝基氯苯(CDNB)是一種重要的精細(xì)化工中間體，廣泛應(yīng)用于染料、醫(yī)藥、農(nóng)藥、炸藥、化學(xué)助劑等領(lǐng)域。含有2,4-二硝基氯苯的廢水是一種對(duì)人類危害十分嚴(yán)重而又普遍存在的工業(yè)廢水，因?yàn)榉枷阕逑趸衔锏母叨拘裕y降解，所以其廢水的處理引起了廣泛的關(guān)注，如果能利用一種良好的吸附材料對(duì)其進(jìn)行富集、回收，不僅不會(huì)污染環(huán)境，還可獲得良好的經(jīng)濟(jì)效益[1-2]。

竹炭是竹材熱解產(chǎn)品，有較大的表面積和強(qiáng)的吸附能力。作為一種新型吸附劑，竹炭被廣泛的應(yīng)用在廢水、廢氣的處理中[3-5]。本系統(tǒng)研究了竹炭對(duì)2,4-二硝基氯苯性能，并對(duì)吸附后的竹炭進(jìn)行洗脫再生、對(duì)吸附液中的2,4-二硝基氯苯進(jìn)行回收，均取得較優(yōu)的效果，能為2,4-二硝基氯苯廢水處理、富集回收提供一種良好的實(shí)驗(yàn)手段。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要儀器及試劑

UVmini-1240紫外可見分光光度計(jì)；THZ-82A型水浴恒溫震蕩（± 0.5 ℃）；

2.00 mg/mL 2,4-二硝基氯苯儲(chǔ)備液用2:1乙醇水溶液配制，其它實(shí)驗(yàn)所用試劑均為分析純。

實(shí)驗(yàn)所用機(jī)械竹炭由浙江富來森有限公司提供。竹炭的處理：竹炭經(jīng)粉碎、過篩，選出不同粒徑的竹炭。實(shí)驗(yàn)所用竹炭先經(jīng)去離子水浸泡24 h后，用水洗滌至澄清，120 ℃烘至質(zhì)量恒重，待用。實(shí)驗(yàn)所用竹炭的粒徑為30-40目，它在吸附時(shí)，沉于溶液底部，便于分離。

1.2 吸附實(shí)驗(yàn)

準(zhǔn)確稱取一定量經(jīng)處理過的竹炭于100 mL的碘量瓶中，加入一定體積的2,4-二硝基氯苯儲(chǔ)備液，緩沖溶液及水，使溶液的總體積為75 mL，置于恒溫水浴振蕩器()中振蕩至平衡，震蕩速率控制在80 r/min。取樣，用分光光度計(jì)法下測(cè)定樣品中中2,4-二硝基氯苯的濃度e(mg/mL)，按下式計(jì)算吸附量（mg/g）和吸附率%。

式中0為吸附質(zhì)溶液的初始濃度(mg/mL)，e為吸附質(zhì)溶液的平衡濃度(mg/mL)；為吸附質(zhì)溶液總體積(mL)；為吸附劑質(zhì)量(g)。

1.3 2,4-二硝基氯苯分析方法

準(zhǔn)確移取一定體積的待測(cè)液于比色管中，用去離子水稀釋至刻度，充分搖勻，放置10 min，以試劑空白作參比，在波長(zhǎng)232 nm處測(cè)定吸光度，根據(jù)吸光度及標(biāo)準(zhǔn)曲線，計(jì)算待測(cè)液濃度。

1.4 竹炭的洗脫再生及2,4-二硝基氯苯的回收

取一定量吸附后的竹炭(吸附量已知)中，加入一定量的無水乙醇(作洗脫液)，在= 298 K條件下振蕩洗脫一定時(shí)間。分離，其分離出的竹炭，用去離子水洗滌2~3次后，烘干，進(jìn)行二次吸附實(shí)驗(yàn)。

分離后洗脫液，①取樣，用分光光度法測(cè)定洗脫液中2,4-二硝基氯苯的濃度，計(jì)算洗脫率；②其余洗脫液用蒸餾重結(jié)晶法提純2,4-二硝基氯苯，低溫烘干，稱重，計(jì)算回收率。

2 結(jié)果與討論[l3]

2.1 溶液pH對(duì)吸附效果的影響[l4]

按1.2節(jié)的實(shí)驗(yàn)方法測(cè)定pH值為3~6的NaAc-HAc緩沖體系中竹炭對(duì)2,4-二硝基氯苯的吸附量。實(shí)驗(yàn)條件為：竹炭量50.0 mg，CDNB初始濃度0= 0.05 mg/mL，= 298 K 。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表1。

表1 不同pH下的吸附量

實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：在pH值=3~6的范圍內(nèi)，竹炭對(duì)CDNB均有良好的吸附，吸附量在19.8~25.6 mg/g，其中，最佳吸附pH值為5.0，吸附量為25.6 mg/g，吸附率%為34.1%。以下吸附實(shí)驗(yàn)均在pH值為5的條件下進(jìn)行。

2.2 吸附平衡時(shí)間

按1.2節(jié)的實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行吸附實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)條件為：竹炭量50.0 mg，CDNB初始濃度0= 0.05 mg/mL，= 298 K，pH = 5.0。在振蕩吸附過程中，每隔一定時(shí)間取樣測(cè)定吸附質(zhì)溶液中CDNB的濃度，直至平衡。得到一系列數(shù)據(jù)，經(jīng)體積校正后換算成時(shí)刻每克竹炭對(duì)CDNB的吸附量Q（mg/g）。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表2。

實(shí)驗(yàn)表明：竹炭CDNB的吸附量隨吸附時(shí)間的增加而增大，并表現(xiàn)出先快后慢的趨勢(shì)。在720 min時(shí)，吸附量基本保持不變，既達(dá)到吸附平衡，即吸附平衡時(shí)間為12 h。[l5] 因此以下竹炭吸附CDNB的吸附時(shí)間均為12 h。

表2 吸附平衡霎時(shí)間的測(cè)定

2.3 吸附劑用量對(duì)吸附量的影響

改變吸附劑竹炭的用量，按1.2節(jié)的實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行吸附實(shí)驗(yàn)，其它吸附條件為：CDNB初始濃度0= 0.05 mg/mL，= 298 K，pH=5.0，吸附時(shí)間= 12 h。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表.3。

表3 竹炭用量對(duì)吸附效果的影響

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：增大吸附劑竹炭的用量，可以明顯提高竹炭對(duì)CDNB的吸附率。因此，只要吸附劑用量選擇合適，完全可以除去廢水中的有害物質(zhì)。上述實(shí)驗(yàn)條件下，用300 mg的竹炭，達(dá)吸附平衡時(shí)，殘留液中的CDNB濃度只有0.0012mg/mL或1.2 mg/L，基本上達(dá)到國家(GB8978-1996)污水排放二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)(二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)為1.0 mg/L)[6-7]。

2.4 溫度對(duì)吸附的影響

改變吸附溫度，按1.2節(jié)的實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行吸附實(shí)驗(yàn)，其它吸附實(shí)驗(yàn)條件為：竹炭量50.0 mg，CDNB初始濃度0= 0.05 mg/mL，pH = 5.0，吸附時(shí)間= 12 h。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表4。

表4 溫度對(duì)吸附的影響

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：溫度升高，吸附量減小，說明吸附溫度高，不利于吸附，同時(shí)也表明其竹炭吸附CDNB的過程是放熱過程。

2.5 竹炭的再生試驗(yàn)與洗脫液中CDNB的回收

按1.4節(jié)實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行吸附后竹炭的再生和洗脫液中CDNB的回收實(shí)驗(yàn)。按200.0 mg竹炭用100 mL的無水乙醇進(jìn)行試驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下：竹炭初次吸附的吸附量25.6mg/g，經(jīng)洗脫再生后竹炭對(duì)CDNB的二次吸附量24.3mg/g，此結(jié)果表明，經(jīng)洗脫再生后的竹炭其吸附能力恢復(fù)到原來的94.5%；對(duì)洗脫液中CDNB濃度測(cè)定計(jì)算得洗脫率為95.2%，說明無水乙醇可作為有效的洗脫劑；對(duì)剩余洗脫液進(jìn)行蒸餾重結(jié)晶法提純CDNB，其回收率為86.4%，此法可加收富集后的CDNB。

3 結(jié)論

用實(shí)驗(yàn)方法研究了竹炭對(duì)2,4-二硝基氯苯(CDNB)的吸附條件與性能。實(shí)驗(yàn)研究表明：(1)竹炭對(duì)水溶液中CDNB有良好的吸附效果。在= 298 K時(shí)，CDNB在竹炭上的吸附平衡時(shí)間約為12 h，最佳吸附酸度為pH = 5.0。在= 298 K，CDNB的初始濃度0= 0.050 mg/mL(即50.0 mg/L)，溶液總體積為75.0 mL時(shí)，加入合適量的吸附劑，其吸附率可達(dá)到97.6 %；(2) 溫度升高，吸附量減小，表明其竹炭吸附CDNB的過程是放熱過程； (3) 用無水乙醇可有效的脫附劑，在實(shí)驗(yàn)條件下洗脫率可達(dá)95.2 %，且脫附的CDNB可用蒸餾重結(jié)晶法回收，回收率可達(dá)86.4%。

[1] 梁誠. 2,4-二硝基氯苯生產(chǎn)視伏與發(fā)展起勢(shì)[J].中國氯堿,2003(7):18-25.

[2] 劉曉超, 馬麗麗.含芳香族硝基化合物廢水處理技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展前景[J].化工環(huán)保,2004,24(01):33-37.

[3] 陳文淵.竹炭吸附水中有機(jī)物的研究[D].福州:福建農(nóng)林大學(xué),2004:1-8.

[4] Wang Guixian，Wang Muhua，Zhang Qiwei. Adsorption property of aniline on bamboo-charcoal[J].林業(yè)科學(xué), 2008,44(3):135-139.

[5] Zhang Qiwei, Wang Guixian, Wang Muhua. Thermodynamic and kinetic parameters for adsorption of nitrobenzene by bamboo-charcoal [J].林業(yè)科學(xué),2009, 45(8):113-116.

[6] GB 8978-1996.污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)[S].北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,1996.

[7] 秦偉程.我國有機(jī)中間體廢水治理技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展[J].精細(xì)化工原料及中間體,2003(10):9-14.

Study on Adsorption and recovery of 2,4-Dinitrochlorobenzene by Bamboo-Charcoal

*WANG Gui-xian，ZHANG Qi-wei，ZHANG Xiao- yan

（Department of Chemistry，Lishui University，Lishui，Zhejiang 323000, Chian）

Adsorption behavior of the bamboo- charcoal for 2,4-Dinitrochlorobenzene(CDNB) was studied. Effects of the absorption equilibrium time, pH, temperature and mass of absorbent on the absorption efficiency were investigated. Results showed that bamboo-charcoal could effectively remove 97.6% CDNB from aqueous solution under the conditions of C0for 0.05 mg/mL, temperature for 298 K, pH for 5.0 and time for 12 h. The regeneration percentage could reach up to 95.2 % using alcohol as elution regenerant, and the desorbed CDNB can be recovered with the rate of 86.4% by distillation recrystallization method. It could be concluded that the bamboo-charcoal is the better absorptive material removing CDNB from aqueous solution.

bamboo-charcoal; 2,4-dinitrochlorobenzene(CDNB); absorption; recovery

O647.31+4

A

10.3969/j.issn.1674-8085.2012.02.010

1674-8085(2012)02-0038-03

2012-12-15；

2012-02-27

浙江省科技廳科技計(jì)劃項(xiàng)目(2010C31G2260008);麗水學(xué)院?？蒲许?xiàng)目(2009021)

*王桂仙(1962-)，女，浙江紹興人，副教授，主要從事無機(jī)化學(xué)材料及環(huán)境化學(xué)研究(E-mail: lsxywgx@126.com);

張啟偉(1959-)，男，浙江浦江人，副教授，主要從事物理化學(xué)及環(huán)境化學(xué)研究(E-mail: lsxyzqw@126.com);

張曉燕(1971-)，女，浙江龍泉人，實(shí)驗(yàn)師，主要從事無機(jī)化學(xué)及環(huán)境化學(xué)研究(E-mail: lsxywgx@126.com).