超聲協(xié)助活性炭去除水中銻的研究

陳臻　呂文英　姚琨

摘要[目的] 探討在超聲波作用下活性炭對(duì)銻的處理效果。[方法] 利用超聲波協(xié)助活性炭處理廢水中的銻，研究超聲溫度、超聲時(shí)間、吸附溫度、吸附時(shí)間、pH及活性炭投加量等因素對(duì)含銻廢水處理效果的影響。以火焰原子吸收光譜法測(cè)定銻含量。[結(jié)果] 在超聲溫度為40 ℃，超聲時(shí)間為20 min，吸附時(shí)間為60 min，pH=2，活性炭與銻的比值為1 mg Sb/g活性炭時(shí)，銻的去除率可達(dá)95.86%。[結(jié)論] 超聲波對(duì)活性炭處理廢水中的銻離子有明顯的促進(jìn)作用。

關(guān)鍵詞超聲； 活性炭； 吸附； 銻； 廢水

中圖分類號(hào)S181.3文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A文章編號(hào)0517-6611（2014）12-03647-03

基金項(xiàng)目2012年廣東省科技計(jì)劃項(xiàng)目（2012B030800003）。

作者簡(jiǎn)介陳臻（1988- ），男，廣東韶關(guān)人，碩士研究生，研究方向：環(huán)境化學(xué)。

銻及其化合物用途廣泛，主要用于生產(chǎn)陶瓷、玻璃、電池、油漆、煙火材料及阻燃劑等，此外還用于生產(chǎn)半導(dǎo)體、紅外線檢測(cè)儀、兩極真空管及用作驅(qū)蟲劑等。隨著銻及其化合物的廣泛應(yīng)用，由此引發(fā)的環(huán)境問題日益嚴(yán)重，國內(nèi)外對(duì)銻污染的研究越來越重視。銻及其化合物被美國EPA列入優(yōu)先控制污染物，同時(shí)也被巴塞爾公約列入危險(xiǎn)廢物，是日本環(huán)境廳密切關(guān)注的污染物[1-3]。目前，國內(nèi)外處理含銻廢水的方法主要有化學(xué)沉淀法、離子交換法、吸附法、膜過濾法等。吸附法用于物質(zhì)分離已有較長的歷史，常用于去除/回收水中微量污染物，具有高效、簡(jiǎn)便、選擇性好等優(yōu)點(diǎn)?；钚蕴烤哂邪l(fā)達(dá)的孔隙結(jié)構(gòu)、巨大的比表面積、較多的表面官能團(tuán)和良好的機(jī)械強(qiáng)度，因其廣譜的吸附作用而在水處理中獲得廣泛應(yīng)用[4-5]，但目前活性炭單獨(dú)處理含重金屬廢水的去除率是比較低的[6]，活性炭如何與其他技術(shù)聯(lián)合深度處理工業(yè)廢水已成為發(fā)展趨勢(shì)。

楊金玲等利用超生波協(xié)助活性炭處理含鉛廢水，廢水先經(jīng)過超聲，然后再用活性炭吸附，發(fā)現(xiàn)超聲波對(duì)活性炭處理廢水中的鉛離子有明顯的促進(jìn)作用[7]。一些學(xué)者的研究表明，超聲波作用下的飽和吸附量有所下降，吸附等溫線小幅下移，但形狀基本保持不變[8-11]。一般認(rèn)為，由于超聲波的熱效應(yīng)，超聲場(chǎng)中的體系溫度有所升高，影響液固吸附平衡關(guān)系；且超聲波的空化作用引起的局部高溫高壓等極端條件，即超聲波的非熱效應(yīng)，可使吸附質(zhì)與吸附劑間的鍵發(fā)生斷裂，導(dǎo)致吸附相平衡關(guān)系發(fā)生更大變化[12]?？梢?，超聲波對(duì)相平衡關(guān)系的影響包括熱效應(yīng)和非熱效應(yīng)兩方面。但不同的吸附體系，超聲波對(duì)吸附過程的強(qiáng)化作用不一致。目前有關(guān)超聲波對(duì)金屬離子/活性炭吸附體系作用情況的文獻(xiàn)報(bào)道較少。Zhou對(duì)金在活性炭上的解吸行為研究中引入超聲波，發(fā)現(xiàn)有乙醇或堿存在時(shí)，超聲波可以改善金的解吸動(dòng)力學(xué)行為[13]。該研究以Sb為目標(biāo)污染物，探討了在超聲波作用下活性炭對(duì)它的處理效果。

1材料與方法

1.1儀器火焰原子吸收光譜儀（日立Z2000型）；超聲波清洗器（AS20500BDTI）；恒溫振蕩器（常州澳華儀器有限公司）；酸度計(jì)（上海精科有限公司）。

1.2試劑活性炭（分析純）；銻標(biāo)準(zhǔn)溶液（酒石酸銻鉀，[C8H4O12Sb2]K2），含銻1 000 μg/ml，介質(zhì)6 mol/L HCl；臨用前以0.3%的硝酸稀釋成質(zhì)量濃度為20 mg/L銻標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用液，搖勻，備用。

1.3繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線取不同量的20 mg/L銻標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用液，以0.3%的HNO3定容于100 ml容量瓶中，配制成質(zhì)量濃度分別為0、0.5、1.0、2.0、4.0、8.0 mg/L的標(biāo)準(zhǔn)系列。按原子吸收光譜所示工作條件，測(cè)定銻的吸光度A，并繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，r=0.999 7。

1.4測(cè)定項(xiàng)目與方法用去離子水配制含銻2 mg/L的模擬水樣，每次取100 ml，進(jìn)行超聲處理，然后置于250 ml錐形瓶中，調(diào)節(jié)廢水pH，加入一定量活性炭，振蕩使廢水與活性炭充分接觸，靜置后過濾，測(cè)定濾液中銻濃度，計(jì)算銻的去除率。

2結(jié)果與分析

2.1吸附接觸時(shí)間的影響取若干份2 mg/L、100 ml Sb溶液，一份先進(jìn)行超聲30 min，控制超聲溫度40 ℃。超聲結(jié)束后加活性炭200 mg震蕩吸附，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速為250 r/min，控制吸附接觸時(shí)間為10、20、30、40、50、60、90、120 min，測(cè)定溶液中剩余Sb濃度，計(jì)算Sb的去除率；另一份不經(jīng)過超聲，直接加活性炭進(jìn)行吸附處理，條件同前，結(jié)果見圖1。

2.2超聲時(shí)間的影響準(zhǔn)備若干份2 mg/L、100 ml Sb溶液，先不加活性炭，在不同超聲溫度（30、45、60 ℃）下進(jìn)行超聲處理，處理時(shí)間分別為0、10、20、30、40、50、60 min。超聲完后各加活性炭200 mg震蕩吸附60 min，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速250 r/min，結(jié)果見圖2。

2.3超聲溫度的影響準(zhǔn)備若干份2 mg/L、100 ml Sb溶液，在不同超聲溫度（30、35、40、45、50、55、60 ℃）下進(jìn)行超聲20 min。超聲結(jié)束后各加活性炭200 mg震蕩吸附60 min，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速250 r/min，結(jié)果見圖3。

2.4吸附溫度對(duì)吸附效率的影響準(zhǔn)備若干份2 mg/L、100 ml Sb溶液，40 ℃下超聲20 min，超聲結(jié)束后各加活性炭200 mg，分別在30、35、40、45、50、55、60 ℃下震蕩吸附60 min，震蕩轉(zhuǎn)速為250 r/min，吸附結(jié)束后，測(cè)定溶液中剩余的Sb含量，計(jì)算Sb的去除率，結(jié)果見表1。

2.5活性炭用量對(duì)吸附效率的影響準(zhǔn)備若干份2 mg/L、100 ml Sb溶液，40 ℃下超聲20 min，超聲結(jié)束后分別加活性炭50、100、200、300、400、500 mg震蕩吸附60 min，震蕩轉(zhuǎn)速為50 r/min，吸附結(jié)束后，測(cè)定溶液中剩余的Sb含量，計(jì)算Sb的去除率，結(jié)果見圖4。

2.6pH對(duì)吸附效率的影響準(zhǔn)備若干份2 mg/L、100 ml Sb溶液，調(diào)節(jié)pH為1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11，40 ℃下超聲20 min，超聲結(jié)束后各加活性炭200 mg，震蕩吸附60 min，震蕩轉(zhuǎn)速為250 r/min，吸附結(jié)束后，測(cè)定溶液中剩余的Sb含量，計(jì)算Sb的去除率，結(jié)果見圖5。

由圖5可知，pH對(duì)活性炭吸附性能的影響較大。在pH=1～11的范圍內(nèi)，最大吸附去除率對(duì)應(yīng)的pH為1～2，然后隨著pH的升高，去除率趨于降低。這是因?yàn)槿芤簆H同時(shí)影響吸附劑表面金屬吸附位點(diǎn)和金屬離子在溶液中的存在形態(tài)；在酸性溶液中酒石酸銻鉀主要以酸根形式[C8H4O12Sb2]2-存在，且活性炭表面的H+濃度也較大，這引起離子間的強(qiáng)靜電吸引反應(yīng)，銻離子的吸附較好。隨著pH增大，由于OH-逐漸增多，且OH-與活性炭的親和力大于銻酸根離子，活性炭表面的吸附位置被OH-占據(jù)，所以吸附量減小[15-16]。因此，試驗(yàn)最佳pH為1～2，考慮到處理成本，選取pH=2為最佳條件。

3結(jié)論

研究表明，超聲波對(duì)活性炭處理廢水中的銻離子有明顯的促進(jìn)作用。超聲波協(xié)助活性炭吸附處理含銻廢水時(shí)，超聲時(shí)間為20 min，超聲溫度為40 ℃，吸附時(shí)間為60 min，pH為2，活性炭與銻的比值為1 mg Sb/g活性炭時(shí)處理效果最佳，去除率達(dá)到95.86%。

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