炭化柚子皮對苯酚的吸附性能

嚴(yán)云

摘要：將磷酸活化后的柚子皮進(jìn)行炭化，研究炭化柚子皮對苯酚的吸附性能。用SHMADZU DTG-60差熱-熱重分析儀測定柚子皮完全分解的溫度為490 ℃。吸附的最佳試驗條件為pH值為6，吸附時間為150 min。靜態(tài)吸附試驗結(jié)果表明炭化柚子皮對苯酚的吸附過程滿足Langmuir和Freundlich吸附等溫方程，其相關(guān)系數(shù)r2值均高于 0.94。

關(guān)鍵詞：柚子皮；苯酚；等溫線；吸附性能；炭化

中圖分類號： X52；X712文獻(xiàn)標(biāo)志碼：

文章編號：1002-1302（2016）08-0481-02

稿日期：2015-07-14

基金項目：四川省教育廳科研項目（編號：13ZB0172）。

苯酚是一種具有特殊氣味的無色針狀晶體，廣泛應(yīng)用于殺菌、防腐、消毒以及藥物等[1]，其自身具有較強(qiáng)的毒性和腐蝕性等化學(xué)性質(zhì)，在自然環(huán)境中難降解，苯酚廢水是我國乃至世界其他國家重點(diǎn)關(guān)注和控制的有害廢水，怎樣高效地降解或吸附苯酚廢水引起了國內(nèi)外學(xué)者的特別關(guān)注。部分學(xué)者長期致力于尋找價格低廉、來源豐富且可再生的碳源材料制備活性炭，已報道的如蔗渣、毛竹、板栗殼、松樹鋸末、麥草、花生殼等活性炭均體現(xiàn)了良好的吸附性能[2-3]。我國每年都有大量的柚子皮棄于環(huán)境中，造成環(huán)境污染，燃燒柚子皮極易造成大氣污染。柚子皮具有豐富的多孔結(jié)構(gòu)，呈蜂窩狀，豐富的纖維素進(jìn)一步增強(qiáng)了其吸附性能，有利于柚子皮在做吸附劑處理廢水時不會帶有毒物質(zhì)[4]。因此本研究采用柚子皮為原材料制備生物炭，利用靜態(tài)吸附原理吸附模擬廢水中的苯酚，研究其吸附效果，為柚子皮的再利用提供試驗參考。

1材料與方法

1.1主要儀器和試劑

主要試劑：硫酸、鹽酸、氫氧化鈉、碘、碘化鉀、硫代硫酸鈉、4-氨基安替比林、鐵氰化鉀、苯酚、氯化銨、活性炭，試驗過程中采用試劑都是分析純，用水是2次蒸餾水[5]。

主要儀器：SHMADZU DTG-60差熱-熱重分析儀、DSC-60差示掃描量熱儀，日本島津公司生產(chǎn)，升溫范圍為20～700 ℃，氣氛為靜態(tài)空氣，參比物為空鋁坩堝；RDHG-9070A電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱，上海齊欣科學(xué)儀器有限公司生產(chǎn)；722N可見分光光度計，上海菁華科技儀器有限公司生產(chǎn)。

1.2炭化柚子皮的制備

柚子皮取自四川省西昌市安寧鎮(zhèn)，在90 ℃下烘干到恒重，用傾斜式高速萬能粉碎機(jī)將其粉碎并研磨，用100目篩過篩得其粉末，在90 ℃恒溫下用磷酸將其活化4 h后轉(zhuǎn)移至加蓋的坩堝中，放置于馬弗爐中在490 ℃下炭化40 min，取出冷卻，將炭化完全的樣品先用HCl洗滌，然后再用蒸餾水反復(fù)洗滌3～4次，于恒溫干燥箱中烘干。

1.3試驗方法

在250 mL錐形瓶中置入濃度為20 mg/L的模擬苯酚廢水，利用HCl和NaOH調(diào)節(jié)其酸堿性，投入0.1 g炭化柚子皮后置入臺式恒溫振蕩箱振蕩，恒溫25 ℃（上下波動2 ℃），在200 r/min的振蕩速率下，反應(yīng)120 min后將其離心分離，取出上清液用可見分光光度計測其剩余苯酚含量，用蒸餾水作空白參照[6]。利用下列公式計算出去除率R以及吸附容量qe（mg/g）：

[JZ（]R=（C0-Ce）/C0×100%；[JZ）][JY]（1）

[JZ（]qe=（C0-Ce）V/m。[JZ）][JY]（2）

式中：C0為苯酚初始濃度（mg/L）；Ce為吸附后苯酚平衡濃度（mg/L），V為溶液體積（L），m為吸附劑質(zhì)量（g）。

2結(jié)果與分析

2.1柚子皮的熱解溫度的確定

從圖1可以看出，柚子皮在加熱過程中有3個明顯的失重過程，第1個階段從室溫到160 ℃左右，TG曲線幾乎是一條直線，無明顯波動，失重的百分率為7.134%，這是因為生物質(zhì)發(fā)生解聚及“玻璃化轉(zhuǎn)變”現(xiàn)象需要一個緩慢的過程，釋放出小分子的化合物，如H2O、CO2等物質(zhì)。第2個階段在 160～496 ℃之間，是柚子皮熱解的主要階段，失重的百分率為78.281%，研究表明，這個階段柚子皮有纖維素、半纖維素的大量分解以及木質(zhì)素軟化的分解，導(dǎo)致了大部分揮發(fā)物質(zhì)的生成，所以失重比例最大。第3個階段是從496 ℃到試驗結(jié)束，發(fā)生的分解非常緩慢，是殘留物質(zhì)緩慢分解的過程，產(chǎn)生的失重率很小

3結(jié)論

SHMADZU DTG-60差熱-熱重分析儀測定了柚子皮完全分解的溫度為490 ℃。靜態(tài)吸附試驗表明最佳吸附的條件是pH值為6，吸附時間為150 min。

Langmuir和Freundlich等溫吸附方程用來描述炭化柚子皮對苯酚的吸附，從擬合的Langmuir方程結(jié)果來看溫度值增大更易于增強(qiáng)炭化柚子皮對苯酚的吸附，F(xiàn)reundlich擬合結(jié)果說明炭化柚子皮對苯酚的吸附容易進(jìn)行。

參考文獻(xiàn)：

[1]Babich H，Davis D L. A review of environmental and health risks[J]. Regulatory Toxicology and Pharmacology，1981，1（1）：90-109.

[2]唐永清，李小明，曾榮英，等. 炭化百合桿對廢水中苯酚的吸附[J]. 環(huán)境工程學(xué)報，2012，6（12）：1-4.

[3]唐永清，張復(fù)興，馮泳蘭，等. 炭化芝麻桿對廢水中苯酚的吸附[J]. 過程工程學(xué)報，2013，13（5）：1-3.

[4]周殷，胡長偉，李鶴，等. 柚子皮吸附劑的物化特性研究[J]. 環(huán)境科學(xué)與技術(shù)，2010，3（11）：90.

[5]房平，任娟，邵瑞華. 活性炭對苯酚的吸附研究[J]. 炭素技術(shù)，2011，30（2）：1-5.

[6]王貴珍，李麗欣，李永真，等. 毛竹活性炭制備及其對含苯酚廢水吸附的研究[J]. 高?；瘜W(xué)工程學(xué)報，2010，24（4）：2-3.

[7]趙明，吳文權(quán). 稻草熱解動力學(xué)研究[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2002，18（1）：107-110.

[8]何秋香，陳祖亮. 柚子皮制備生物炭吸附苯酚的特性和動力學(xué)[J]. 環(huán)境工程學(xué)報，2014（9）：3853-3859.

[9]信欣，姚力，陳紅燕，等. 核桃殼炭化吸附廢水中Cr（Ⅵ）的性能研究[J]. 環(huán)境工程學(xué)報，2010，4（10）：1-3.[ZK）]

[10]吳志皓，孫朝琴，穆亞芳，等. 活性炭吸附法處理含酚廢水[J]. 信陽農(nóng)業(yè)高等?？茖W(xué)校學(xué)報，2007，17（2）：1-2.

[11]曾榮英，唐文清，馮泳蘭，等. 炭化柚子皮對廢水中雙酚A的吸附[J]. 環(huán)境工程學(xué)報，2013，10：3797-3801.

[12]王慧. 柚皮生物炭對濕地土壤吸附五氯酚和磷的影響研究[D]. 青島：中國海洋大學(xué)，2014：5-6.