對活性炭處理含酚廢水實驗的探討

陸燕海 韓玲鮮

摘要：對活性炭處理含酚廢水實驗中把溶液褪色現象簡單歸因為吸附苯酚的做法提出質疑，并通過實驗探討證明活性炭對苯酚、Fe3+ 等都有良好的吸附性能，進而提出了活性炭處理含酚廢水實驗的改進方案，提高了實驗的科學性和嚴密性。

關鍵詞：活性炭；苯酚；酚鐵配合離子；吸附

文章編號：1005–6629（2013）9–0042–03 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

含酚廢水是一種污染范圍極廣的工業(yè)廢水，煤氣廠、焦化廠、石油化工廠等在其生產過程中均會產生，若未經處理直接排放會對環(huán)境等帶來嚴重危害。蘇教版《有機化學基礎（選修）》教材在“酚的性質和應用”中設置了“含酚廢水處理”的活動與探究實驗以及拓展視野欄目，旨在進一步讓學生認識含酚廢水的處理方法，培養(yǎng)學生將化學知識轉化為化學技術解決工業(yè)實際問題的能力，提高學生的技術素養(yǎng)。其中，“活動與探究”的實驗2為活性炭吸附苯酚方案，主要操作為：向6 mL含有苯酚的廢水中滴加幾滴FeCl3溶液……加入少量活性炭，振蕩后靜置，觀察實驗現象。

實驗后的酚鐵鹽溶液紫色變淺（或褪去），現象對比明顯，教材欲以此說明活性炭對廢水中的苯酚具有吸附作用。但實際教學中學生有質疑，把酚鐵鹽溶液的褪色原因只簡單歸為活性炭吸附苯酚——這樣的認識不嚴謹，可能的解釋包括：（1）因吸附苯酚而褪色；（2）因吸附Fe3+而褪色；（3）因吸附酚鐵配合離子而褪色；（4）前面幾種可能性的綜合結果。為此，進一步進行實證探討。

1 實驗用品

含苯酚的廢水（8000 mg·L-1），FeC13溶液（0.1 mol·L-1），稀鹽酸（0.1 mol·L-1），NaOH溶液（0.01 mol·L-1），濃溴水，活性炭，KSCN溶液（0.1 mol·L-1），K4[Fe（CN）6]溶液，15×150的試管數支，直徑3 cm的空氣過濾器（見圖1，網上有售，市場價一般3～10元/個），橡膠管（或輸液軟管），20 mL的注射器。

2 實驗部分

[實驗1] 活性炭吸附溶液中的Fe3+

步驟：

（1）向試管中加入一滴管0.1 mol·L-1的FeCl3溶液和8 mL蒸餾水，振蕩均勻，溶液呈淡黃色。然后等量分裝于兩支試管，分別編號為①、②。

（2）按圖2，將過濾器與注射器用橡膠管（或輸液軟管）連接好。拔出推桿，往注射筒中預加少量活性炭，并將試管①中溶液倒入。然后裝上推桿，充分振蕩FeCl3溶液與活性炭的混合物。

（3）緩緩內壓推桿，經過濾器分離出活性炭，將得到的澄清液（接近無色）盛放于試管③。與試管②對照，褪色效果明顯。

（4）繼續(xù)向試管②、③各加幾滴K4[Fe（CN）6]溶液，試管②溶液變?yōu)樯钏{色，試管③也明顯變藍，但較②要淺。

（5）取少量步驟（3）過濾器中的活性炭，先用5 mL蒸餾水洗，得洗滌液A；再用5 mL 0.1mol·L-1的稀鹽酸浸泡并加熱煮沸，分離出活性炭得洗滌液B。向A、B中各滴2滴K4[Fe（CN）6]溶液，B溶液的藍色較A明顯深得多。

結論：對比步驟（3）、（4）的現象，以及通過滴加K4[Fe（CN）6]溶液檢測步驟（5）中活性炭用鹽酸、加熱等方式解吸附后的濾液，都說明了活性炭對FeCl3溶液中的Fe3+ 具有一定的吸附效果。[實驗2]活性炭吸附溶液中的苯酚步驟：

（1）取4 mL 含苯酚的廢水（8000 mg·L-1），逐滴滴加濃溴水，開始無明顯，加至28滴后觀察到有白色沉淀生成，但又立即溶解。

（3）向上述濾液中逐滴滴加濃溴水，立刻有白色沉淀產生，但隨之又溶解，至加入25滴后沉淀不再消失。

（4）取少量步驟（2）分離得到的活性炭，依次用5 mL蒸餾水和5 mL 0.01mol·L-1的NaOH溶液浸泡、充分振蕩，分別得濾液A、B。濾液A中滴加FeC13溶液不顯色，濾液B用鹽酸酸化后再加FeC13溶液出現明顯的紅色。

結論：通過步驟（1）、（3）現象的對比，綜合步驟（4）對活性炭表面苯酚解吸后的檢驗結果，證明活性炭對溶液中的苯酚具有很好的吸附效果。

[實驗3]活性炭使苯酚-FeCl3混合液褪色

步驟：

（1）A、B兩試管中分別加入6 mL蒸餾水、6 mL含苯酚的廢水（8000 mg·L-1），然后各加10滴FeC13溶液。A中溶液為極淺的黃色，B中溶液變?yōu)樽仙?/p>

（2）向試管B加入少量活性炭，充分振蕩后將液體轉移至注射筒，按圖2裝置分離出活性炭，得無色澄清的濾液。

（3）將上述濾液等量分裝于C、D、E、F四支試管，向C、D試管中分別滴加幾滴FeC13溶液和含苯酚的廢水，無明顯現象；向E試管滴加K4[Fe（CN）6]溶液，出現藍色沉淀；向F試管滴加濃溴水，立即出現白色渾濁，振蕩后又消失。

結論：苯酚-FeCl3混合液紫色褪去，濾液中剩余的苯酚、Fe3+ 只有在加入更靈敏的檢測劑濃溴水和K4[Fe（CN）6]溶液時才能表現出強陽性[1][2]，而常用試劑FeC13、苯酚溶液已無法定性檢測，說明經活性炭吸附后，溶液中的苯酚、Fe3+濃度均顯著下降。

3 探討分析

活性炭為黑色固體，比表面積巨大，一般可達500到1500 m2·g-1，具有豐富的內部微孔結構。據文獻介紹，活性炭的表面性質很大程度上由其表面的官能團類別和數量決定，最常見的官能團是含氧官能團（見圖3）；受制備活性炭的原料和方法的差異，還可能存在一些含氮官能團（如圖4）[3]。

這些不同種類的基團是活性炭上的主要活性位，它們能使活性炭表面呈現微弱的酸性、堿性、氧化性、還原性、親水性和疏水性。活性炭能集這些完全對立的性質于一身，促成了其性能上的多樣性，因此對廢水中的很多有機物和無機污染物質都會表現出良好的吸附性能。上述實驗1說明活性炭對Fe3+也有一定的吸附能力，但對其吸附機理迄今仍說法各異[4]。有研究發(fā)現，Fe3+的吸附量與活性炭表面羧基含量間成正比例關系，由此推測可能是在靜電影響下主要通過與羧基等表面基團絡合作用形成。

4 教學建議

筆者建議可對教材實驗內容作如下改進：

向6 mL含苯酚的廢水（8000 mg·L-1）中加入約0.5 g活性炭，振蕩、靜置后用試管取3 mL上層清液，再用另一試管取等量未處理過的廢水。然后向兩試管中各滴加2滴FeCl3溶液，觀察溶液的顏色變化并對照。

改進后的方案在保證探究實驗科學性和嚴密性的同時，實驗對比效果也很明顯，能充分地展示出活性炭對苯酚良好的吸附性能，從而讓學生更真切地感悟工業(yè)上吸附法處理含酚廢水的原理。

參考文獻：

[1]陸燕海.審視KSCN、K4[Fe（CN）6]溶液檢驗Fe3+實驗[J].化學教學，2011，（7）：52～70.

[2]陸燕海，許治洪.重新審視FeCl3溶液檢驗苯酚的實驗[J].化學教學，2010，（3）：11～12.

[3]冒愛琴，王華，談玲華等.活性炭表面官能團表征進展[J].應用化工，2011，（7）：1266～1270.

[4]曾媛，趙俊學，馬紅周等.活性炭對不銹鋼酸洗廢水中Cr3+和Fe3+的吸附特性[J].過程工程學報，2010，（5）：911～914.

[5]尤翔宇，楊杰，王云燕等.苯酚在活性炭上的吸附模型[J].中國有色金屬學報，2012，（10）：2924～2929.