銀杏葉活性炭吸附廢水中甲基橙的性能研究

桂玉梅

(連云港職業(yè)技術(shù)學(xué)院醫(yī)藥與化學(xué)工程學(xué)院，江蘇 連云港 222000)

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銀杏葉活性炭吸附廢水中甲基橙的性能研究

桂玉梅

(連云港職業(yè)技術(shù)學(xué)院醫(yī)藥與化學(xué)工程學(xué)院，江蘇 連云港 222000)

活性炭由超過80%～90%的碳組成，良好的吸附性能使其被廣泛應(yīng)用于石化、電力、化工、食品、黃金、環(huán)保等行業(yè)。特別是在環(huán)保行業(yè)中，活性炭被廣泛應(yīng)用于城市污水處理、飲用水以及工業(yè)廢水處理。從廢水的角度分析活性炭對廢水中甲基橙吸附效果，最終目的是對工業(yè)實(shí)際應(yīng)用提供有價(jià)值的參考。

活性炭；吸附性能；廢水中甲基橙；廢水處理

我國工業(yè)發(fā)展的逐漸強(qiáng)大與我國在建設(shè)資源節(jié)約型和環(huán)境友好型社會上的力度不斷加大2個方面存在一定的矛盾，如何在控制廢水質(zhì)量的基礎(chǔ)上保證企業(yè)的發(fā)展是一個難點(diǎn)，也是一個重點(diǎn)。為提高工業(yè)廢水處理的效果，本文擬使用活性炭吸附廢水中甲基橙進(jìn)行分析。

1 活性炭性質(zhì)以及應(yīng)用現(xiàn)狀分析

1.1 活性炭性質(zhì)

活性炭是黑色粉末狀或塊狀、顆粒狀、蜂窩狀的無定形碳，活性炭中除了碳元素之外，還包含氧元素和氫元素，另外就是一些灰分，屬于活性炭的無機(jī)部分。炭顆粒在其中的排列并不規(guī)則，也就導(dǎo)致了顆粒與顆粒之間形成孔隙，再采用活化的方式加強(qiáng)這種孔隙結(jié)構(gòu)。這種多孔性的活性炭，能夠使水中的一種或者多種物質(zhì)被吸附到活性炭表面起到去除的效果。去除的對象包含溶解性的有機(jī)物質(zhì)、合成洗滌劑、微生物、病毒、重金屬[1]，具有脫色、除臭、空氣凈化的效果?；钚蕴繉儆谝环N很細(xì)小的炭粒，具有很大的表面積，其中炭粒中還有更細(xì)小的孔，這種毛細(xì)管具有非常強(qiáng)的吸附力?；钚蕴康奈讲粌H僅體現(xiàn)在化學(xué)特性，還有化學(xué)吸附[2]。

1.2 活性炭應(yīng)用現(xiàn)狀

1) 污染處理。工業(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢水、廢氣排放后嚴(yán)重污染環(huán)境。以廢氣為例，廢氣中含有的硫化物等物質(zhì)排放到空氣中容易形成酸雨。特別是二噁英類化合物，具有致癌作用，對人體的傷害極大[3]?；钚蕴恐栽诟鱾€方面應(yīng)用廣泛，是借助其良好的性能，不僅在物理方面展現(xiàn)出良好的吸附效果，而且在化學(xué)吸附和溶解方面都展現(xiàn)出良好的應(yīng)用價(jià)值，其能夠有效吸附氮氧化物和硫氧化物。我國很早就開始利用活性炭進(jìn)行廢水的處理，但由于成本問題以及工藝問題，活性炭工藝已不能滿足現(xiàn)代化的發(fā)展需求[4]。

2) 催化劑和催化載體?；钚蕴吭诖呋夹g(shù)中的應(yīng)用也十分廣泛。有研究使用活性炭/四氧化三鐵納米復(fù)合活性材料對甲基橙進(jìn)行吸附，借助該材料的高比表面積、高孔隙度、超順磁性，展現(xiàn)出良好的吸附效果。也有研究將載鈀銅活性炭用于處理硝酸鹽廢水，其去除率達(dá)到96%[5]。

2 活性炭吸附廢水中甲基橙的性能分析

2.1 相關(guān)原理分析

1) 吸附原理。作為一種性能良好的吸附劑，活性炭因具有極大的比表面積而表現(xiàn)出良好的吸附性。這個吸附作用的產(chǎn)生是借助活性炭表層分子和內(nèi)部分子位置的差異性，從而使得活性炭的表層無法飽和，借此產(chǎn)生的吸附性能夠?qū)⒈晃降奈镔|(zhì)吸附到活性炭表面。

2) 另外一種則是采用紫外-可見分光光度法。這種方式是考慮到有色溶液對光線的選擇性吸收，不同物質(zhì)都有自身特定的吸收光譜，利用電磁輻射產(chǎn)生的分子吸收能夠得到自身特性的光譜，再根據(jù)物質(zhì)的性質(zhì)和含量進(jìn)行確定。

2.2 具體實(shí)驗(yàn)方法

實(shí)驗(yàn)試劑：鹽酸、甲基橙、甲醇、氫氧化鈉、氮?dú)?、氧氣、柱?號活性炭。

實(shí)驗(yàn)儀器：紫外-可見分光光度計(jì)、液相色譜儀、雷磁pH計(jì)、電熱鼓風(fēng)干燥箱、強(qiáng)力電動攪拌機(jī)、分析型掃描電子顯微鏡、精密計(jì)量泵、海爾微波爐、高端分析及純水機(jī)。

準(zhǔn)備好一定濃度的50 mL甲基橙溶液，將其倒入準(zhǔn)備好的適應(yīng)反應(yīng)器中，加入2 g/mL活性炭，等待45 min，使用雙層濾紙進(jìn)行過濾，并利用紫外-可見分光光度計(jì)得到濾液的吸光度。完成上述操作之后，將石英反應(yīng)器小心放置于微波爐中，功率設(shè)定為700 W，選擇時(shí)間為1 min，再次進(jìn)行吸附。

分析活性炭對廢水甲基橙的吸附效果。為了提高活性炭的吸附效果，首先進(jìn)行預(yù)處理，具體的處理方式是，5%的鹽酸溶液浸泡待用活性炭24h，使用去離子水反復(fù)沖洗，將其沖洗為中性。將經(jīng)過酸化、烘干的完全預(yù)處理活性炭、原炭進(jìn)行吸附效果比較，靜置吸附45min，使用雙層濾紙取濾液，進(jìn)行去除率的計(jì)算。但是，相關(guān)實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過預(yù)處理的活性炭并沒有表現(xiàn)出更加明顯的吸附效果。這可能與預(yù)處理過程中一些活性官能團(tuán)被洗脫等有關(guān)，從而影響到活性炭的吸附效果。相關(guān)研究表明，活化能夠提高吸附作用[6]?；钚蕴糠N類很多，包含礦物質(zhì)原料活性炭、椰殼炭、果殼炭、木質(zhì)炭、柱狀炭等。

分析活性炭質(zhì)量對甲基橙溶液吸附效果的影響，采用不同質(zhì)量的活性炭進(jìn)行吸附。通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，質(zhì)量越大，吸附能力就越好。但是，當(dāng)活性炭的用量超過100g之后，去除率的效果逐漸趨于平淡。分析吸附時(shí)間對甲基橙溶液吸附效果的影響，并分別靜置吸附10、20、30、45、60、90、120、150min，研究發(fā)現(xiàn)吸附效果隨著吸附時(shí)間的增加而增大。但并非時(shí)間越長吸附效果就越明顯，而是吸附時(shí)間超過30min后，活性炭對甲基橙的去除率會逐漸下降；當(dāng)?shù)竭_(dá)45min時(shí)去除率基本不變。因此，將吸附時(shí)間控制在45min即可。分析pH值對甲基橙吸附效果的影響發(fā)現(xiàn)，去除率隨著廢水pH值的降低呈現(xiàn)出先下降后上升的趨勢。有相關(guān)研究顯示，堿性條件并不利于活性炭的吸附性能。

2.3 流動實(shí)驗(yàn)研究

上述研究僅采用靜置吸附的方式，從實(shí)際應(yīng)用的角度考慮，流動模式展現(xiàn)出更好的吸附效果。采用攪拌實(shí)驗(yàn)，將30g柱狀活性炭放置在500mL的燒杯中，再加入300mL甲基橙溶液，使用電動攪拌器攪拌5h，完成吸附后急性過濾，測得甲基橙去除率為94.85%。采用流動實(shí)驗(yàn)，20g柱狀活性炭放置于玻璃管中，將200mL甲基橙溶液倒入500mL燒杯中，接著使用恒流泵讓液體循環(huán)。最終比較結(jié)果發(fā)現(xiàn)，攪拌的去除率效果更好。

3 結(jié)語

對活性炭吸附廢水中甲基橙的效果進(jìn)行了分析。研究發(fā)現(xiàn)，不需預(yù)處理，不需考慮pH值，使用2g/mL的原活性炭將吸附時(shí)間控制在45min，即能夠?qū)崿F(xiàn)良好的吸附作用。希望本次研究能夠?yàn)樘幚韽U水、節(jié)能、避免二次污染起到良好的參考作用。

[1] 廖世焱，李建芬，劉建軍，等.超聲條件下自制活性炭吸附甲基橙的性能研究[J].武漢工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào),2010,11(3):34-37.

[2] 雷曉玲，黃芳，陳垚，等.活性炭對典型染料的吸附性能研究[J].工業(yè)水處理,2013,21(5):57-60.

[3] 莫冰玉，唐玉斌，陳芳艷，等.磁性活性炭的制備及其對水中甲基橙的吸附[J].環(huán)境工程學(xué)報(bào),2015,29(4):1863-1868.

[4] 劉曉紅，王省偉，康妮娜，等.核桃果皮基活性炭對甲基橙和酸性品紅的吸附性能[J].環(huán)境工程學(xué)報(bào),2015,9(5):2155-2159.

[5] 侯珂珂，孟耀偉，李彥平，等.活性炭吸附甲基橙模擬廢水預(yù)測模型研究[J].當(dāng)代化工,2015,4(5):939-941.

[6] 黃輝，樊一帆，張國飛，等.磁性活性炭的制備及吸附去除水中甲基橙的研究[J].現(xiàn)代化工,2012,33(12):57-60.

Study on properties of methyl orange in ginkgo activated carbon adsorption in wastewater

GUI Yumei

(School of Medicine and Chemical Engineering, Lianyungang Technical College, Lianyungang Jiangsu 222000, China)

Activated carbon is composed of more than 80%～90% of carbon.The good adsorption of it makes it widely used in petrochemical industry, electric power, chemical industry, food industry, gold industry, environmental protection and other industries. Especially in the environmental protection industry, activated carbon is widely used in urban sewage treatment, drinking water and industrial wastewater treatment. The effect of activated carbon adsorption of methyl orange in wastewater is analyzed to provide valuable reference for industrial application.

activated carbon; adsorption; methyl orange in wastewater ; wastewater treatment

2016-05-31

桂玉梅，女，1973年出生，碩士研究生，講師。研究方向：有機(jī)合成、藥物合成及分析。

環(huán)境保護(hù)

10.16525/j.cnki.cn14-1109/tq.2016.05.38

TQ424；X703

A

1004-7050(2016)05-0122-02