改性蔗渣活性炭對(duì)苯酚的吸附性能

侯典浩，韓美釗，張豐雷，殷玉花，李 晶，2，趙禎霞，甘飛翔

(1.廣西大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院， 廣西石化資源加工及過(guò)程強(qiáng)化技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 廣西南寧530004;2.廣西高校資源化工應(yīng)用新技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 廣西南寧530004 )

改性蔗渣活性炭對(duì)苯酚的吸附性能

侯典浩1，韓美釗1，張豐雷1，殷玉花1，李 晶1，2，趙禎霞1，甘飛翔1

(1.廣西大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院， 廣西石化資源加工及過(guò)程強(qiáng)化技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 廣西南寧530004;2.廣西高校資源化工應(yīng)用新技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 廣西南寧530004 )

為研究不同的改性條件對(duì)蔗渣活性炭吸附苯酚性能的影響，制備出H3PO4活化的蔗渣活性炭，分別用稀硝酸改性法、熱氧化改性法、微波改性法對(duì)蔗渣活性炭進(jìn)行改性，通過(guò)紅外表征、BET比表面積分析、Boehm滴定、吸附試驗(yàn)對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析。分析結(jié)果表明：蔗渣活性炭經(jīng)稀硝酸改性后，增加了蔗渣活性炭表面酸性含氧極性基團(tuán)的數(shù)量，對(duì)苯酚的吸附減少。微波處理使蔗渣活性炭比表面積變化不大，孔容稍有縮小，酸性基團(tuán)減弱，堿性基團(tuán)增強(qiáng)。在同等吸附條件下，微波改性蔗渣活性炭去除苯酚的效果最佳，其次是熱氧化改性蔗渣活性炭。通過(guò)擬合表明，苯酚在新型蔗渣活性炭上的吸附符合Freundlich吸附。

改性;蔗渣活性炭;苯酚

苯酚作為一種有機(jī)化合物廣泛應(yīng)用于石油化工、煉油、塑料、皮革、制藥和農(nóng)藥等行業(yè)[1-2]，隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，三廢排放量逐年增高，含苯酚廢水成為一個(gè)突出的問(wèn)題。含苯酚廢水是一種污染范圍大、危害性大的工業(yè)廢水，這種廢水不經(jīng)過(guò)處理排放，將對(duì)人體、水體、水生物以及農(nóng)作物帶來(lái)嚴(yán)重影響[3]。因此尋找一種操作簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)實(shí)惠、環(huán)保和去除苯酚效果好的治理水體的方法是人類(lèi)重點(diǎn)的研究課題。目前，苯酚廢水的處理方法主要有萃取法[4]、汽提法[5]、吸附法[6]、生物處理法[7]及滲透膜濾法[8]等?；钚蕴烤哂卸嗫紫?，堆積密度低，比表面積大的特點(diǎn)，在各種去除方式的對(duì)比研究中，活性炭吸附技術(shù)因其吸附性能較好、成本較低、制備工藝簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)在除去水中所含的有機(jī)污染物方面已經(jīng)被人們所認(rèn)可[9-10]。

甘蔗渣是制糖和醇工業(yè)主要的副產(chǎn)物，價(jià)格低廉，以它為原料開(kāi)發(fā)功能材料具有很好的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)[11]。本文利用廣西壯族自治區(qū)豐富的甘蔗渣為原料制備蔗渣活性炭，利用不同改性方法，研制低成本、高選擇性吸附苯酚的蔗渣活性炭材料，并用改性蔗渣活性炭分別對(duì)苯酚進(jìn)行吸附，從而尋求到改性蔗渣活性炭吸附苯酚最佳條件，并比較不同改性條件下改性蔗渣活性炭對(duì)苯酚吸附性能的差異。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 試劑及儀器

實(shí)驗(yàn)主要原料及試劑：甘蔗渣(自制)，苯酚(AR，哈爾濱華宇)，硝酸(CP，廊坊固安縣紫洋化工廠)，磷酸(AR，上海業(yè)坦化工科技有限公司)，乙醇(CP，深圳市廣奧科技有限公司)。

實(shí)驗(yàn)主要儀器和設(shè)備：電子天平(TP-200D，湘儀天平儀器設(shè)備有限公司)，恒溫振蕩器(SHA-CA，常州澳華儀器有限公司)，電熱恒溫干燥箱(KH-45A，廣州市康恒儀器有限公司)，傅里葉紅外變換光譜儀(Spectrum100，Perkin Elmer)，可見(jiàn)光分光光度計(jì)(722N，上海棱光技術(shù)有限公司)。

1.2 改性蔗渣活性炭的制備

1.2.1 蔗渣活性炭的制備

把 100 g干燥的甘蔗渣放入 2 000 mL 燒懷中，加入1 000 mL 5 %的硫酸，在攪拌條件下加熱煮沸4 h，冷卻至室溫，過(guò)濾，濾渣用清水?dāng)嚢柘礈?次。然后將處理后的甘蔗渣與體積分?jǐn)?shù)為17%的H3PO4按一定浸漬比混合均勻后置于瓷坩堝中，浸漬24 h后在773 K活化0.33 h，待冷卻后用蒸餾水洗滌至中性，在373 K烘干后即得蔗渣活性炭樣品。

1.2.2 改性蔗渣活性炭的制備

取蔗渣活性炭樣品100 g，樣品標(biāo)記為1；取100 g預(yù)處理蔗渣活性炭，將其置于質(zhì)量濃度為30%的稀硝酸溶液中，在60 ℃下恒溫震蕩4 h后，用去離子水沖洗至中性，然后在110 ℃下烘干12 h，得到硝酸改性蔗渣活性炭，密封裝袋，以備試驗(yàn)所用，樣品標(biāo)記為2；取蔗渣活性炭100 g，于馬弗爐700 ℃下烘干至恒重，密封裝袋，以備試驗(yàn)所用，樣品標(biāo)記為3；取100 g的蔗渣活性炭在燒杯中，在優(yōu)化的條件下(微波功率595 W，輻照時(shí)間6 min)進(jìn)行微波輻照，改性后的蔗渣活性炭冷卻至室溫，密封裝袋，樣品標(biāo)記為4。

1.3 多孔材料的表征

1.3.1 紅外表征實(shí)驗(yàn)

分別將活性炭1、2、3、4號(hào)1.0～2.0 mg與溴化鉀200～300 mg混合放入研缽中研磨至粉狀，然后將4組樣品烘干，壓片，利用傅里葉變換紅外光譜儀測(cè)定樣品，記錄數(shù)據(jù)待用。

1.3.2 BET比表面積分析

利用美國(guó)麥克儀器公司快速比表面積和孔徑分布測(cè)定儀ASAP2010對(duì)蔗渣活性炭進(jìn)行比表面積和微孔分析，借助于氮?dú)狻办o態(tài)容量法”等溫吸附的原理，利用其物理吸附系統(tǒng)來(lái)測(cè)定。以氮?dú)鉃榉治鰵怏w和飽和壓力測(cè)定氣體，氦氣為回填氣和測(cè)定自由空間氣體，在77 K下測(cè)定樣品和吸附等溫線(xiàn)，比表面積和孔徑分布。

1.3.2 Boehm滴定

稱(chēng)取 0.1 g 甲基紅，溶于乙醇(95%)，用乙醇(95%)稀釋至100 mL。

配制濃度為 0.05 mol/L 的NaOH標(biāo)準(zhǔn)溶液，用電子天平精確分別稱(chēng)取 1～2 g的活性炭樣品放入容積 100 mL 的錐形三角燒瓶中，加入 25 mL NaOH標(biāo)準(zhǔn)溶液。攪拌 24 h后過(guò)濾并用蒸餾水充分洗滌，收集所有濾液。以甲基紅為終點(diǎn)指示劑，用 0.05 mol/L 的 HCI標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定濾液中尚未反應(yīng)的堿液至終點(diǎn)。

1.4 吸附實(shí)驗(yàn)

1.4.1 制定苯酚標(biāo)準(zhǔn)溶液曲線(xiàn)

用分析天平準(zhǔn)確稱(chēng)量0.05、0.06、0.07、0.08和0.09 g苯酚依次放入標(biāo)志為1、2、3、4、5號(hào)燒杯中，在30 ℃恒溫水浴中攪拌至完全溶解。并依次加入1 000 mL容量瓶，加水定容到1 000 mL。用此方法依次配制出0.05、0.06、0.07、0.08和0.09 g/L的苯酚標(biāo)準(zhǔn)溶液,用紫外可見(jiàn)光分光光度計(jì)測(cè)量0.05、0.06、0.07、0.08和0.09 g/L苯酚溶液的分光度，并以分光度數(shù)值為橫坐標(biāo)，以苯酚濃度為縱坐標(biāo)，制定苯酚標(biāo)準(zhǔn)溶液曲線(xiàn)。

1.4.2 苯酚初始濃度對(duì)去除苯酚影響的實(shí)驗(yàn)

用“1.4.1節(jié)”的方法配制0.05、0.06、0.07、0.08和0.09 g/L的苯酚溶液，并把各濃度苯酚溶液分別裝在4個(gè)錐形瓶中，每個(gè)錐形瓶都是50 mL，并做好標(biāo)志。例如0.05 g/L苯酚溶液的錐形瓶為1～4號(hào)，分別加入0.05g的未改性活性炭、稀硝酸改性活性炭、熱氧化改性活性炭、微波改性活性炭。同理0.06 g/L苯酚溶液的錐形瓶為5～8號(hào)，0.0 7g/L苯酚溶液的錐形瓶為9～12號(hào)，0.08 g/L苯酚溶液的錐形瓶為13～16號(hào)，0.09 g/L苯酚溶液的錐形瓶為16～20號(hào)。將這20個(gè)錐形瓶放置恒溫振蕩器中，在93 r/min，25.5 ℃條件下震蕩12 h，靜置20 min后取出，用錐形瓶上層清夜在T6紫外分光光度計(jì)上測(cè)量分光度。

1.4.3 pH值對(duì)活性炭去除苯酚的實(shí)驗(yàn)

配制0.05 g/L苯酚溶液，把溶液分別裝在20個(gè)錐形瓶中，每個(gè)錐形瓶都是50 mL，編號(hào)1～20。并且通過(guò)往錐形瓶滴加HCl溶液或者NaOH溶液調(diào)節(jié)pH值。1～4號(hào)通過(guò)往錐形瓶滴加HCl溶液調(diào)節(jié)pH=4，分別加入0.05 g的未改性活性炭、稀硝酸改性活性炭、熱氧化改性活性炭、微波改性活性炭。同理，每組依次調(diào)節(jié)pH值6、7、8、9，并且每組分別加入0.05 g的未改性活性炭、稀硝酸改性活性炭、熱氧化改性活性炭、微波改性活性炭。將這20個(gè)錐形瓶放置恒溫振蕩器中，在93 r/min，25.5 ℃條件下震蕩12 h，靜置20 min后取出，用錐形瓶上層清夜在T6紫外分光光度計(jì)上測(cè)量分光度。

1.4.4 吸附時(shí)間對(duì)活性炭去除苯酚的實(shí)驗(yàn)

配制0.05 g/L苯酚溶液，把溶液分別裝在20個(gè)錐形瓶中，每個(gè)錐形瓶都是50 mL，編號(hào)1～20。往1、5、9、13、17號(hào)錐形瓶投入0.05 g未改性活性炭，往2、6、10、14、18號(hào)錐形瓶投入0.05 g稀硝酸改性活性炭，往3、7、11、15、19號(hào)錐形瓶投入0.05 g熱氧化改性活性炭，往4、8、12、16、20號(hào)錐形瓶投入0.05 g微波改性活性炭。將這20個(gè)錐形瓶放置恒溫振蕩器中，在93 r/min，25.5 ℃條件下震蕩，在60 min時(shí)候，取出1、2、3、4號(hào)錐形瓶，用錐形瓶上層清夜在T6紫外分光光度計(jì)上測(cè)量分光度，記錄數(shù)據(jù)；在70 min時(shí)候，取出5、6、7、8號(hào)錐形瓶，測(cè)其分光度；在80 min時(shí)候，取出9、10、11、12號(hào)錐形瓶，測(cè)其分光度；在100 min時(shí)候取出13、14、15、16號(hào)錐形瓶，測(cè)其分光度；在150 min時(shí)候，取出17、18、19、20號(hào)錐形瓶，測(cè)其分光度。

1.4.5 活性炭投加量對(duì)去除苯酚實(shí)驗(yàn)

配制0.05 g/L苯酚溶液，把溶液分別裝在20個(gè)錐形瓶中，每個(gè)錐形瓶都是50 mL，編號(hào)1～20。1～4號(hào)分別加入0.1g的未改性活性炭、稀硝酸改性活性炭、熱氧化改性活性炭、微波改性活性炭；5～8號(hào)分別加入0.2 g的未改性活性炭、稀硝酸改性活性炭、熱氧化改性活性炭、微波改性活性炭；9～12號(hào)分別加入0.3 g的未改性活性炭、稀硝酸改性活性炭、熱氧化改性活性炭、微波改性活性炭；13～16號(hào)分別加入0.4 g的未改性活性炭、稀硝酸改性活性炭、熱氧化改性活性炭、微波改性活性炭；17～20號(hào)分別加入0.5 g的未改性活性炭、稀硝酸改性活性炭、熱氧化改性活性炭、微波改性活性炭；將這20個(gè)錐形瓶放置恒溫振蕩器中，在93 r/min，25.5 ℃中震蕩12 h，靜置20 min后取出，用錐形瓶上層清夜在T6紫外分光光度計(jì)上測(cè)量分光度。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 材料表征結(jié)果

2.1.1 紅外光譜分析

圖1 四種改性活性炭的紅外光譜Fig.1 IR of four modified activated carbons

四種改性活性炭的紅外光譜見(jiàn)圖1。

從圖1可以看出：

①3 500～3 750 cm-1的吸收峰表明樣品、硝酸改性蔗渣活性炭及微波改性蔗渣活性炭這3種活性炭都有吸附水提供的游離酚羥基存在。在1 400～1 600 cm-1出現(xiàn)的吸收峰，表明被檢測(cè)材料表面羧基主要以離子化的R—COO—(羧酸鹽)形式存在，且硝酸改性蔗渣活性炭峰值最高；

②硝酸改性蔗渣活性炭紅外光譜中，在所呈現(xiàn)出的波段范圍內(nèi)吸收峰強(qiáng)度和面積均明顯增加，這表明在硝酸的氧化作用下，蔗渣活性炭表面含氧酸性基團(tuán)含量明顯增加；

③熱氧化紅外光譜中，在900～1 750 cm-1原蔗渣活性炭表面特征吸收峰明顯增強(qiáng)或者出現(xiàn)，說(shuō)明蔗渣活性炭表面有大量的含氧基團(tuán)。

由此可以看出經(jīng)過(guò)硝酸改性和熱氧化改性后的蔗渣活性炭表面官能團(tuán)發(fā)生了不同的變化，這對(duì)活性炭的吸附性能會(huì)造成不同的影響。

2.1.2 BET結(jié)果分析

未改性的蔗渣活性炭比表面積是503.8 m2/g，硝酸改性蔗渣活性炭比表面積是583.9 m2/g，微波改性蔗渣活性炭比表面積是520.2 m2/g，熱氧化改性蔗渣活性炭比表面積是514.8 m2/g。從這些結(jié)果可以看出蔗渣活性炭通過(guò)硝酸改性和熱氧化改性及微波改性后蔗渣活性炭的比表面積均有提高，其中硝酸改性及微波改性增大幅度較大，這對(duì)提高蔗渣活性炭吸附性能是有利的，而熱氧化改性基本沒(méi)有變化。

2.1.3 Boehm滴定分析

由表1可以看出3種改性活性炭消耗HCl的量較原樣品都有不同程度的減少，其中硝酸改性蔗渣活性炭消耗的HCl的量最少，這是因?yàn)橄跛岣男哉嵩钚蕴勘砻嫠嵝怨倌軋F(tuán)增加量最多，中和了最多的NaOH，使得最終消耗的HCl量最少，而熱氧化改性與微波改性消耗HCl量大致相同，樣品活性炭則最少。

表1 Boehm滴定消耗HCl的量
Tab.1 Consumption of HCL for Boehm titration

種類(lèi)消耗HCl(005mol·L-1)/mL樣品2460熱氧化改性蔗渣活性炭2380硝酸改性蔗渣活性炭2285微波改性蔗渣活性炭2370

2.2 吸附實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.2.1 苯酚溶液標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)

苯酚濃度與分光度的關(guān)系如表2所示，苯酚溶液標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)見(jiàn)圖2。

表2 苯酚濃度與分光度
Tab.2 Concentration and luminosity of phenol

苯酚濃度/(g·L-1)005006007008009吸光度10011235140316211896

由圖2可知，隨苯酚濃度增大，吸光度也增大，并得到方程y=0.045 7x+0.004 6，以下苯酚濃度均由方程(1)求得。

(1)

式中,C0為原廢水中苯酚濃度；C為吸附平衡時(shí)的苯酚濃度。

2.2.2 苯酚初始濃度對(duì)去除苯酚的影響

將數(shù)據(jù)代入y=0.045 7x+0.004 6方程求經(jīng)硝酸改性蔗渣活性炭、熱氧化改性蔗渣活性炭和微波改性蔗渣活性炭及樣品吸附后殘余的苯酚濃度，再由苯酚去除率式(1)求得苯酚去除率。用origin分別作硝酸改性、熱氧化改性和微波改性蔗渣活性炭及樣品吸附苯酚隨著苯酚初始濃度不同變化的圖，最后把3種蔗渣活性炭對(duì)苯酚吸附隨初始濃度不同變化的效果進(jìn)行對(duì)比(圖3)。

圖2 苯酚溶液標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)圖

Fig.2 Standard curve of phenol solution

圖3 初始濃度對(duì)苯酚去除效果影響

Fig.3 Effect of initial concentration on phenol remove

從圖3中看出，隨著苯酚初始濃度的增大，硝酸改性蔗渣活性炭、熱氧化改性蔗渣活性炭和微波改性蔗渣活性炭對(duì)苯酚的吸附性能都降低，去除率減小。在蔗渣活性炭的量達(dá)到一定時(shí)，活性炭所含的官能團(tuán)種類(lèi)和數(shù)目都確定，只能吸附一定量的苯酚。當(dāng)苯酚初始濃度越大，殘余在溶液里面的苯酚就越多，所以去除率就越低。另外，在圖3也發(fā)現(xiàn)，熱氧化改性蔗渣活性炭對(duì)苯酚的去除效果最好，其次是酸改性蔗渣活性炭。

2.2.3 pH值對(duì)活性炭去除苯酚的實(shí)驗(yàn)

采用“2.2.2節(jié)”的方法作出硝酸改性、熱氧化改性和微波改性蔗渣活性炭及樣品吸附苯酚隨著苯酚pH不同變化的圖，最后把3種蔗渣活性炭對(duì)苯酚pH不同變化的效果進(jìn)行對(duì)比(圖4)。

從圖4中看出，隨著苯酚溶液的pH增大，硝酸改性蔗渣活性炭、熱氧化改性蔗渣活性炭和微波改性蔗渣活性炭對(duì)苯酚的吸附性能都降低，去除率減小。pH=4時(shí)，4種蔗渣活性炭的吸附效果最大，其中微波改性蔗渣活性炭吸附效果最好；當(dāng)pH>6時(shí)，此時(shí)熱氧化改性蔗渣活性炭的吸附效果最好。這是因?yàn)閜H對(duì)苯酚的離子化具有調(diào)節(jié)作用，當(dāng)溶液在pH值少于或等于7，苯酚離解較少，利于蔗渣活性炭的吸附；當(dāng)溶液pH值大于7時(shí)，更多的苯酚離解為陰離子，由于陰離子的存在而不利于蔗渣活性炭對(duì)苯酚的吸附[12-13]。

2.2.4 吸附時(shí)間對(duì)活性炭去除苯酚的實(shí)驗(yàn)

采用“2.2.2節(jié)”的方法作出硝酸改性、熱氧化改性和微波改性蔗渣活性炭及樣品吸附苯酚隨著吸附時(shí)間不同變化的圖，最后把3種蔗渣活性炭對(duì)苯酚吸附時(shí)間不同變化的效果進(jìn)行對(duì)比(圖5)。

圖4 苯酚去除率隨pH值變化關(guān)系圖

Fig.4 Relation graph of phenol removal rate with pH variation

圖5 蔗渣活性炭去除苯酚隨吸附時(shí)間的變化

Fig.5 Variety of bagasse activated carbon removing phenol with adsorption time

圖6 不同蔗渣活性炭投加量對(duì)去除苯酚的效果影響Fig.6 ffect of different bagasse activated carbon dosage on removal of phenol

從圖5中看出，隨著吸附時(shí)間增大，硝酸改性蔗渣活性炭、熱氧化改性蔗渣活性炭和微波改性蔗渣活性炭對(duì)苯酚的吸附性能都提高，去除率增加。但當(dāng)吸附時(shí)間>80 min后，吸附效果增幅趨于平穩(wěn)，逐漸接近平衡濃度對(duì)苯酚的吸附量。因?yàn)橐欢康牡恼嵩钚蕴康奈奖砻娣e是有限的，隨著吸附時(shí)間的延長(zhǎng)，吸附趨于飽和，不再隨時(shí)間變化。其中，熱氧化改性蔗渣活性炭對(duì)苯酚吸附性能最好。

2.2.5 蔗渣活性炭投加量去除苯酚

采用“2.2.2節(jié)”的方法作出硝酸改性、熱氧化改性和微波改性蔗渣活性炭及樣品吸附苯酚隨著活性炭投加量不同變化的效果圖，最后把3種蔗渣活性炭對(duì)苯酚吸附隨活性炭投加量不同變化的效果進(jìn)行對(duì)比(圖6)。

從圖6中可以看出，隨著蔗渣活性炭投加量的增加，去除率逐漸增大。但是投加量達(dá)到0.4 g時(shí)，去除率增長(zhǎng)緩慢。這是因?yàn)殡S著投加量的增大，蔗渣活性炭的孔徑和官能團(tuán)增多，對(duì)苯酚吸附越好，去除率就越大。但苯酚的量和活性炭投加量達(dá)到一定程度時(shí)，蔗渣活性炭吸附苯酚的濃度已經(jīng)達(dá)到或接近平衡時(shí)苯酚的濃度，所以去除率趨于平穩(wěn)，增長(zhǎng)十分緩慢。

整體而言，與未改性的蔗渣活性炭相比，熱氧化改性蔗渣活性炭和微波改性蔗渣活性炭對(duì)苯酚的去除效果較好，主要是因?yàn)檫@兩種改性方法增加了蔗渣活性炭表面的含氧官能團(tuán)和比表面積，但由于熱氧化改性蔗渣活性炭會(huì)造成蔗渣活性炭的質(zhì)量損失，而且微波改性蔗渣活性炭的方法相對(duì)容易，所以用微波改性蔗渣活性炭吸附苯酚較好。硝酸改性蔗渣活性炭可以較大提高蔗渣活性炭的比表面積，但改性后蔗渣活性炭表面的酸性官能團(tuán)增加很多，綜合各種因素使得硝酸改性蔗渣活性炭的效果不如熱氧化改性蔗渣活性炭和微波改性蔗渣活性炭。

2.3 吸附等溫線(xiàn)擬合

2.3.1 Langmuir等溫線(xiàn)擬合

用origin作硝酸改性蔗渣活性炭、熱氧化改性蔗渣活性炭和微波改性蔗渣活性炭的Langmuir吸附等溫線(xiàn)擬合如圖7所示。其中，B為樣品，D為硝酸改性蔗渣活性炭，F(xiàn)為熱氧化改性蔗渣活性炭，H為微波改性蔗渣活性炭；它們擬合度分別為RB2=0.901 23，RD2=0.934 24，RF2=0.975 72,RH2=0.987 05。

2.3.2 Freundlich吸附等溫

用origin作硝酸改性蔗渣活性炭、熱氧化改性蔗渣活性炭和微波改性蔗渣活性炭的Freundlich吸附等溫線(xiàn)擬合如圖8所示。其中，C1為樣品、E1為硝酸改性蔗渣活性炭、G1為熱氧化改性蔗渣活性炭，B為微波改性蔗渣活性炭；它們擬合度分別為RC12=0.963 77，RE12=0.959 53，RG12=0.977 75,RB2=0.988 88。

相關(guān)系數(shù)R直接反映著處理結(jié)果的線(xiàn)性程度，從圖7和圖8所得的相關(guān)系數(shù)值可以看出，四種蔗渣活性炭均采用Freundlich模型擬合擬合呈現(xiàn)更好的線(xiàn)性。

圖7 Langmuir吸附等溫線(xiàn)

Fig.7 Langmuir adsorption isotherm

圖8 Freundlich吸附等溫線(xiàn)

Fig.8 Freundlich adsorption isotherm

3 結(jié) 語(yǔ)

①蔗渣活性炭自身的吸附能力取決于孔徑結(jié)構(gòu)和它的表面化學(xué)性質(zhì)：比表面積越大越利于其對(duì)苯酚的吸附，表面酸性基團(tuán)越多越不利于其對(duì)苯酚的吸附。蔗渣活性炭通過(guò)硝酸改性和熱氧化改性及微波改性后蔗渣活性炭的比表面積均有提高，其中硝酸改性及微波改性增大幅度較大。熱氧化及微波改性蔗渣活性炭表面酸性官能團(tuán)減少，硝酸改性的蔗渣活性炭表面酸性官能團(tuán)明顯增多。由于熱氧化改性蔗渣活性炭會(huì)造成蔗渣活性炭的質(zhì)量損失，而且微波改性蔗渣活性炭的方法相對(duì)容易，所以用微波改性蔗渣活性炭吸附苯酚較好。綜合考慮，在對(duì)苯酚的去除率比較中，微波改性蔗渣活性炭的效果最好，其次是熱氧化改性蔗渣活性炭，效果最差的是硝酸改性蔗渣活性炭。

②熱氧化改性蔗渣活性炭、稀硝酸改性蔗渣活性炭、微波改性蔗渣活性炭和樣品對(duì)苯酚的吸附都呈現(xiàn)三個(gè)階段：開(kāi)始快速吸附、最后吸附速率緩慢逐漸達(dá)到吸附平衡的階段。它們都在85 min左右達(dá)到吸附平衡濃度。

③熱氧化改性蔗渣活性炭、稀硝酸改性蔗渣活性炭、微波改性蔗渣活性炭和樣品對(duì)苯酚的吸附都隨pH值的增大而減小，因?yàn)殡S著pH增大，解離出陰離子的苯酚越多越不利于蔗渣活性炭對(duì)苯酚的吸附。pH=4時(shí)，4種蔗渣活性炭的吸附效果最大，其中微波改性蔗渣活性炭吸附效果最好；當(dāng)pH>6時(shí)，此時(shí)熱氧化改性蔗渣活性炭的吸附效果最好。

④熱氧化改性蔗渣活性炭、稀硝酸改性蔗渣活性炭、微波改性蔗渣活性炭和樣品對(duì)苯酚的吸附都隨苯酚的初始濃度增大而減?。坏@4種蔗渣活性炭對(duì)苯酚的去除率隨著蔗渣活性炭投加量的增加而增大。

⑤4種蔗渣活性炭均采用Freundlich模型擬合擬合呈現(xiàn)更好的線(xiàn)性。

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(責(zé)任編輯 張曉云 梁碧芬)

Adsorption properties of modified bagasse activated carbon on phenol

HOU Dian-hao1, HAN Mei-zhao1, ZHANG Feng-lei1, YIN Yu-hua1, LI Jing1,2, ZHAO Zhen-xia1, GAN Fei-xiang1

(1.School of Chemistry and Chemical Engineering, Guangxi Key Laboratory of Petrochemical Resource Processing and Process Intensification Technology, Guangxi University, Nanning 530004, China;2.Guangxi Colleges and Universities Key Laboratory of New Technology and Application in Resource Chemical Engineering, Guangxi University, Nanning 530004, China)

To study the effects of modification conditions on the adsorption performance of bagasse activated carbon for phenol, the bagasse activated carbon was prepared using bagasse which was firstly activated by phosphoric acid, and then modified by dilute nitric acid, thermal oxidation and microwave, respectively. The bagasse-activated carbons were analyzed using IR、BET specific surface area analysis, Boehm titration, and adsorption tests. The experimental results showed that: The content of acid oxygen polar group on the surface of bagasse-activated carbons treated by dilute nitric acid increased, however the phenol-absorption capacity decreased. The specific surface area of bagasse-activated carbons treated by microwave changed slightly, and the pore volume and acid groups decreased, while the basic groups increased. Under the same adsorption conditions, the activated carbon treated by microwave exhibited the greatest capacity of phenol absorption, followed by the activated-carbon modified by thermal-oxidation. The testing data fitting indicated that the phenol absorption of the bagasse-activated carbon complies with Freundlich absorption model.

modification; bagasse activated carbon; phenol

2016-07-28；

2016-09-01

國(guó)家自然科學(xué)基金地區(qū)基金資助項(xiàng)目(21466003)；廣西中青年教師基礎(chǔ)能力提升項(xiàng)目(KY2016YB031)

李 晶(1980—)，女,山東省威海人，廣西大學(xué)副教授，博士;E-mail:lijingsophia1234@163.com。

侯典浩，韓美釗，張豐雷,等.改性蔗渣活性炭對(duì)苯酚的吸附性能[J].廣西大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2016，41(6)：1989-1996.

10.13624/j.cnki.issn.1001-7445.2016.1989

O658

A

1001-7445(2016)06-1989-08