粘膠基活性炭纖維凈化酸性染液廢水研究

王文均，申國棟

（西安工程大學(xué)，西安710048）

活性炭纖維（Activated Carbon Fiber，ACF）是20世紀(jì)70年代發(fā)展起來的一種性能優(yōu)于粉末活性炭和顆?；钚蕴康男滦臀讲牧希?］.由于其孔徑分布窄、微孔豐富、比表面積大［2］、表面化學(xué)性質(zhì)獨(dú)特和吸附速度快等特點(diǎn)［3］，而得到了迅速發(fā)展，被廣泛應(yīng)用于廢氣處理［4］、水處理［5］等 領(lǐng) 域.目 前，ACF 已廣 泛 應(yīng) 用于 環(huán)保、化工、制藥、軍事、衛(wèi)生防護(hù)及食品加工等多個行業(yè)，并在飲用水凈化［6］、汽車尾氣治理、防毒器具、醫(yī)療防護(hù)、空氣凈化［7－8］、香煙濾嘴［9］等方面具有十分廣闊的應(yīng)用前景［10－11］.根據(jù)原料的不同，常見的活性炭纖維有粘膠基活性炭纖維、聚丙烯腈基活性炭纖維、瀝青基活性炭纖維和酚醛基活性炭纖維.與其他活性炭纖維相比，粘膠基活性炭纖維因比表面積大、熱穩(wěn)定性好、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、生物相容性好而成為目前應(yīng)用最廣的活性炭纖維.本文選用粘膠基活性炭纖維凈化真絲綢染色用弱酸性艷藍(lán)A模擬染液廢水，研究了ACF投加量、光照、染液廢水pH等對試驗(yàn)結(jié)果的影響，并對ACF的重復(fù)使用情況進(jìn)行了研究，為處理印染廢水提供一定的理論依據(jù).

1 試 驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)材料

粘膠基活性炭纖維（YT－1600型，江蘇南通永通環(huán)?？萍加邢薰荆娼z綢織物，分析純?nèi)跛嵝云G藍(lán)A染料、氫氧化鈉、冰醋酸、氯化鈉、六偏磷酸鈉、硝酸、乙醇.

1.2 試驗(yàn)儀器

GHX－V型光化學(xué)反應(yīng)儀（上海比朗儀器有限公司）、PHS－3C型精密酸度計(jì)（上海大普儀器有限公司）、Y820型八籃恒溫烘箱、HZK型分析天平（感量0.000 1g）、2800UV／VIS型紫外－可見分光光度計(jì)（上海尤尼柯儀器有限公司）、SHB－3型循環(huán)水多用真空泵（鄭州杜甫儀器廠）.

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 粘膠基活性炭纖維的預(yù)處理

由于在生產(chǎn)和運(yùn)輸過程中粘膠基活性炭纖維（ACF）表面往往含有大量雜質(zhì)，為確保試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性，需要對ACF進(jìn)行預(yù)處理.取適量的ACF置于濃度為5%的硝酸中浸泡3h，然后用去離子水洗凈至中性，取出后在110℃的恒溫干燥箱中烘干3h，取出后置于干燥器中備用.

1.3.2 模擬染液廢水的配置

取一定量真絲綢織物，按其質(zhì)量的2%量取弱酸性艷藍(lán)A染料置于燒杯中，按浴比1∶30向燒杯中加入蒸餾水及助劑（六偏磷酸鈉1g／L、氯化鈉0.5g／L、冰醋酸5mL／L），用稀硝酸和氫氧化鈉將溶液pH值調(diào)至4～6.始染溫度為80℃，染色溫度為95℃，染色時(shí)間為1h.染色完成后將剩余染液置于密封容器中備用.

1.3.3 最大吸光波長的測定

采用2800UV／VIS型紫外－可見分光光度計(jì)在450～900nm范圍內(nèi)測量染液吸光光度值.比色皿厚度為1cm，參比液為蒸餾水，測出模擬染液廢水的最大吸光波長為640nm.

1.3.4 標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制

分別配置濃度為2mg／L、3mg／L、5mg／L、10mg／L、15mg／L、20mg／L、30mg／L、40mg／L的弱酸性艷藍(lán)A染液，在最大吸光波長640nm處測其吸光光度值.以模擬染液濃度為橫坐標(biāo)，以吸光光度值為縱坐標(biāo)，所得曲線（模擬染液廢水標(biāo)準(zhǔn)曲線）如圖1所示.

圖1 模擬染液廢水標(biāo)準(zhǔn)曲線

由圖1可知，在一定范圍內(nèi)染液濃度（用C表示）和吸光度（用A表示）具有良好的線性關(guān)系.利用最小二乘法，對圖1進(jìn)行整理得出標(biāo)準(zhǔn)曲線公式為

所以在ACF凈化模擬染液廢水的過程中，可以通過測出模擬染液廢水的吸光光度值來確定其濃度.根據(jù)公式（1）計(jì)算出自制的真絲綢染色用模擬染液廢水的濃度為40mg／L.

1.3.5 降解試驗(yàn)

取5支試管各加入100mL模擬染液廢水，分別向5支試管中加入0.1g、0.2g、0.3g、0.4g、0.5g的ACF.每隔30min測量模擬染液廢水的吸光光度值，分別在無光照和可見光條件下進(jìn)行降解試驗(yàn).探究不同ACF投加量、不同光源、不同pH值對模擬染液廢水的降解效果以及ACF的重復(fù)使用效果.

1.3.6 降解效果評定

根據(jù)Lambert－Beer定律，染液的濃度和吸光光度值成正比關(guān)系，因此可利用公式計(jì)算ACF對模擬染液廢水的凈化率.其中，A0為凈化前染液吸光光度值；A為凈化后染液吸光光度值.

2 試驗(yàn)結(jié)果討論

2.1 無光照條件下ACF投加量對凈化率的影響

按照上述方法，在無光照條件下對弱酸性艷藍(lán)A模擬染液廢水進(jìn)行降解試驗(yàn)，降解時(shí)間為8h，每隔30min測其吸光光度值并計(jì)算凈化率，繪制不同ACF投加量的凈化率－時(shí)間曲線，如圖2所示.

圖2 無光照條件下不同ACF投加量的凈化率－時(shí)間曲線

由圖2可知，5組染液的凈化率在前30min迅速提高；30min之后，隨著反應(yīng)的繼續(xù)進(jìn)行，ACF投加量為0.1g、0.2g、0.3g的染液的凈化率趨于穩(wěn)定，而投加量為0.4g和0.5g的染液的凈化率仍在提高，只是提高的幅度逐漸變緩；投加量為0.1g的染液在300min時(shí)凈化率下降，這是因?yàn)锳CF吸附的物質(zhì)因分子運(yùn)動而離開ACF表面，重新進(jìn)入染液中，即發(fā)生解析現(xiàn)象，此后凈化率又有上升趨勢，則是由吸附作用所致，表明ACF的吸附和脫附是個動態(tài)平衡的過程；隨著ACF投加量的增加，曲線變化趨于穩(wěn)定；投入0.5g ACF的染液凈化率明顯高于其他試驗(yàn)組的凈化率，3h后凈化率可達(dá)45.08%，8h后可達(dá)57%.

2.2 可見光條件下ACF投加量對凈化率的影響

在可見光照射條件下重復(fù)上述試驗(yàn)步驟，探究光源對ACF凈化模擬染液廢水的影響.繪制不同ACF投加量的凈化率－時(shí)間曲線，如圖3所示.

圖3 可見光條件下不同ACF投加量的凈化率－時(shí)間曲線

由圖3可知，5組染液在前30min的凈化率都迅速提高；在相同的凈化時(shí)間內(nèi)，隨著ACF投加量的增加，染液凈化率也在提高；由于ACF的吸附和脫附作用，投加量為0.1g和0.2g的染液的凈化率的變化不穩(wěn)定，其他3組染液隨著時(shí)間的延長，凈化率都在不斷提高，且隨投加量的增加，凈化率增高趨勢越明顯.ACF投加量為0.5g時(shí)，3h后凈化率可達(dá)51.57%，8h后可達(dá)73.46%，效果優(yōu)于無光照條件下的凈化率，說明光照對ACF凈化模擬染液廢水具有一定的促進(jìn)作用.

2.3 pH對凈化率的影響

分別配置pH 值為2、4、6、8、10、12的模擬染液廢水，各取100ml置于試管中，各加入0.5g的ACF，在可見光下照射8h，間隔30min測其吸光光度值，繪制出不同pH值下的凈化率－時(shí)間曲線，如圖4所示.

圖4 不同pH值下的凈化率－時(shí)間曲線

由圖4可知，前30min染液的凈化率迅速提高，相同時(shí)間內(nèi)染液的pH值越小，凈化率越高；同一pH值下，隨時(shí)間的延長，凈化率不斷提高；凈化時(shí)間為7.5～8h時(shí)，pH值為2的染液的凈化率可達(dá)95%～96%，凈化較徹底.pH對ACF吸附染料的影響不能一概而論（與染料廢水本身的組成與性質(zhì)也有關(guān)）［6］，但總體說來，pH對ACF凈化染料廢水具有一定的影響.對于本試驗(yàn)所用的弱酸性艷藍(lán)A染液，pH值為2時(shí)，凈化效果最好.

2.4 ACF的重復(fù)使用對凈化率的影響

量取100ml濃度為40mg／L的模擬染液廢水，將0.5g已進(jìn)行過凈化試驗(yàn)的ACF先用去離子水洗滌10min，然后用濃度為5%的乙醇溶液洗滌10min，最后在烘箱中110℃下烘干3h，取出后在可見光照射下繼續(xù)進(jìn)行降解試驗(yàn).重復(fù)此操作3次，每30min測其吸光光度值，按照公式（2）計(jì)算其凈化率，繪制曲線，如圖5所示.

圖5 ACF在不同重復(fù)使用次數(shù)下的凈化率－時(shí)間曲線

由圖5可知，30min以前，ACF在3次重復(fù)使用時(shí)染液的凈化率均顯著增大，30min以后其凈化率增長緩慢，呈吸附飽和狀態(tài).說明ACF的脫附性能較差，重復(fù)使用率低.

3 結(jié) 語

對于濃度為40mg／L的真絲綢染色用弱酸性艷藍(lán)A染液廢水，當(dāng)ACF的投加量為0.5g，pH值為2時(shí)，可見光下反應(yīng)8h，凈化率最佳，可達(dá)96%.但ACF的重復(fù)使用率較差，期望更多的研究者通過ACF再生技術(shù)和負(fù)載光催化劑技術(shù)對其實(shí)現(xiàn)重復(fù)利用.

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