板藍(lán)根藥渣活性炭對溶液中砷的吸附特性研究

夏偉欽++李豪鵬++虞家穗++許肯++劉志挺

摘 要：研究了板藍(lán)根藥渣活性炭對溶液中砷的吸附特性，結(jié)果表明：板藍(lán)根藥渣活性炭能快速大量地吸附砷，吸附率高達(dá)89.9%。溶液pH、溫度、活性炭粒度是影響吸附的重要因素，其適宜的pH范圍為3.0～4.0，溫度在25℃左右，粒度在160～200目。通過對板藍(lán)根采用物理化學(xué)聯(lián)合活化法進(jìn)行改性，能有效提高板藍(lán)根藥渣活性炭吸附砷的能力，對重金屬砷吸附量大、選擇性強(qiáng)。

關(guān)鍵詞：板藍(lán)根 藥渣 活性炭 吸附 砷

中圖分類號(hào)：X703 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2017）08（b）-0132-02

重金屬廢水的處理方法有沉淀法、生物法和吸附法。沉淀法對于濃度低的重金屬處理效果差，且需要大量沉淀劑，引起二次污染。生物法的機(jī)械強(qiáng)度弱，化學(xué)穩(wěn)定性差，且不易回收。只有吸附法是去除廢水重金屬的良好方法。活性炭是一種優(yōu)良的重金屬吸附劑，其生產(chǎn)原料主要有木材、煤炭，但由于資源限制，目前已轉(zhuǎn)向農(nóng)業(yè)副產(chǎn)物如果殼、秸稈等，但數(shù)量仍然較少，尚不能滿足市場對活性炭的需求。普通活性炭雖可用作重金屬的吸附劑，但吸附量小，選擇性差，且難以回收再利用。秦恒飛[1]、趙梅青[2]等分別用Na2S·HNO3和高錳酸鉀處理活性炭，可以提高廢水中重金屬的去除率。但上述方法用到的強(qiáng)酸和強(qiáng)氧化劑也會(huì)污染環(huán)境，加上廢水組成差異較大，一般活性炭難以對廢水中重金屬產(chǎn)生良好的選擇性吸附效果。飽和吸附后的活性炭通過酸堿和高溫處理，雖可再生，但造成活性炭結(jié)構(gòu)破壞，吸附性能顯著下降，且不能回收所吸附的重金屬。

中藥生產(chǎn)在我國制藥工業(yè)中占重要地位，由于大多數(shù)中藥屬于植物類藥材，中藥生產(chǎn)一般采用溶劑提取活性成分后，將藥渣廢棄不用。大量中藥渣采用傳統(tǒng)的處理方法如焚燒、填埋或堆放，導(dǎo)致了資源浪費(fèi)和環(huán)境污染。將中藥廢渣制成活性炭可以充分利用中藥廢棄資源，變廢為寶。板藍(lán)根是中國傳統(tǒng)中藥，歷代本草有記載，是十字花科植物菘藍(lán)的干燥根，具有清熱解毒、涼血利咽等功效，用于流行性腮腺炎、風(fēng)熱感冒、紅眼病、面部平疣、咽喉腫爛、肝炎等多種疾病的治療，用量很大[3]。板藍(lán)根藥材資源仍屬于資源消耗量大、利用效率和產(chǎn)出效益低、廢物排放量大的傳統(tǒng)生產(chǎn)方式，若能將其合理有效地加以利用，就能有效延伸資源經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)鏈，提升資源利用效益，減輕生態(tài)壓力，對綠色發(fā)展的現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展都將具有不可忽視的意義。板藍(lán)根藥渣富含大量纖維素、半纖維素、木質(zhì)素等高分子和一定量的活化成分，因此能有效制備木炭，還可以通過改性劑來改性其吸附能力。本文研究板藍(lán)根藥渣活性炭對溶液中砷的吸附特性，為開發(fā)板藍(lán)根藥渣活性炭作為高效生物吸附劑提供理論依據(jù)和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 試劑和儀器

濃硫酸、硝酸、鹽酸、亞砷酸鈉、碳酸鈉、碳酸氫鈉均為分析純。

主要儀器：PHS-30型酸度計(jì)、SBS-11S調(diào)速多用振蕩器、極譜儀。

1.2 板藍(lán)根藥渣活性炭制備

將板藍(lán)根藥渣置于一個(gè)不銹鋼反應(yīng)器中加熱到200℃恒溫保持60min，再升溫到1000℃保溫45min，然后通入水蒸汽活化1h，所得樣品加入體積分?jǐn)?shù)50%的過氧化氫水溶液，加熱至150℃氧化反應(yīng)1h，再降溫至65℃，加入甲基丙烯酸、甲基丙烯酸二甲氨基乙酯及蒸餾水，攪拌均勻，恒溫反應(yīng)5h，烘干后即得所需改性活性炭。

1.3 吸附實(shí)驗(yàn)方法

在500mL三角瓶里加入2g板藍(lán)根藥渣活性炭，加入配制成一定濃度的NaAsO2溶液100mL，調(diào)節(jié)pH至所需值，放入搖床，在恒溫下以120r/min的振蕩頻率振蕩吸附一定時(shí)間，使其吸附至平衡后過濾，采用化學(xué)滴定法測定濾液中剩余砷的濃度。

1.4 吸附率和吸附量的計(jì)算

吸附率為R（%）=（1-c/c0）100%，吸附量為q（mg/g）= （c0-c）/m，其中c0為吸附前溶液中砷的濃度（mg/L），c為吸附后溶液中砷的濃度（mg/L），m為吸附劑的用量（g/L）。

2 結(jié)果和討論

2.1 吸附時(shí)間對吸附效果的影響

吸附過程中砷濃度隨時(shí)間的變化情況如表1所示。

表1表明，板藍(lán)根藥渣活性炭在吸附30min后最高吸附量為87.1%，說明吸附速度比較快，同時(shí)吸附可使溶液中的砷濃度降低到<0.2mg/L以下，吸附率可達(dá)89.8%以上。隨著吸附時(shí)間的增長吸附量逐漸增大。在吸附進(jìn)行2.5h后吸附量趨于平衡，吸附時(shí)間等于2.5h的吸附率與吸附3h后的相同，考慮吸附時(shí)間盡可能短，故吸附平衡時(shí)間定為2.5h。

2.2 pH對吸附效果的影響

pH對板藍(lán)根藥渣活性炭吸附砷的影響見表2，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：在pH3.0～4.0時(shí)，板藍(lán)根藥渣活性炭對廢水溶液中的砷有很高的吸附率，可達(dá)89.9%以上。不同pH時(shí)，活性炭對砷的吸附效果差異也較大。pH值為2.0～6.0時(shí)，吸附容量隨pH值得變化規(guī)律是先增大后逐步平緩，當(dāng)pH在3.0～4.0之間時(shí)，活性炭對砷的吸附則出現(xiàn)了一個(gè)“吸附平臺(tái)”，即在這個(gè)pH范圍內(nèi)，吸附后溶液中的砷濃度變化不大，而且在這個(gè)“吸附平臺(tái)”中溶液中的砷濃度值也最低，吸附率卻最高。原因是有可能發(fā)生了吸附后的解吸現(xiàn)象。

2.3 溫度對吸附效果的影響

表3為不同溫度時(shí)，板藍(lán)根藥渣活性炭吸附溶液中砷的吸附率結(jié)果。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：在10℃～25℃的吸附率較高，而升高溫度則吸附率有所降低，選擇25℃左右的溫度范圍較為合適，其吸附效果也比較理想；在溫度不大于30℃時(shí)，溫度對吸附率的影響并不顯著，但仍呈現(xiàn)隨溫度升高而下降的規(guī)律，溶液溫度的升高會(huì)對活性炭吸附砷的能力產(chǎn)生抑制作用。另外，表中數(shù)據(jù)也說明低溫有利于吸附而高溫則有利于解吸，從這一點(diǎn)也可以推斷出，活性炭對溶液中砷的吸附為物理吸附。

2.4 活性炭粒度對吸附效果的影響

活性炭粒度對吸附率的影響如表4所示，由表4可知，不管是哪個(gè)粒度范圍內(nèi)的板藍(lán)根藥渣活性炭，其對溶液中的砷的吸附率都達(dá)85%。這說明板藍(lán)根藥渣活性炭對溶液中砷具有很好的吸附效果。粒度范圍在160～200目之間的，活性炭其吸附率最高，這是因?yàn)榛钚蕴勘砻嬗泻芏噍^多孔隙，粒度越小其比表面積則越大，可供吸附的活性位數(shù)量多，因而有利于吸附，但也并非粒度越小吸附就越好，粒度越小，會(huì)造成顆粒的堆積造成吸附位的聚集，導(dǎo)致活性炭的可利用總表面積減少而吸附率降低。

3 結(jié)論

（1）板藍(lán)根藥渣活性炭對溶液中的砷具有良好的吸附效能，可使溶液中的砷濃度從2.0mg/L降低到0.20mg/L以下。吸附與溫度、pH值和活性炭粒度都有密切關(guān)系，活性炭的比表面積越大吸附率越高；低pH時(shí)，吸附率較高，高pH值時(shí)產(chǎn)生解吸，吸附率下降。其適宜的pH范圍為3.0～4.0，溫度在25℃左右，粒度在160～200目。

（2）以板藍(lán)根藥渣為原料，采用物理化學(xué)聯(lián)合活化法制備活性炭可以使中藥渣由低附加值轉(zhuǎn)化為高附加值產(chǎn)品，通過循環(huán)利用獲得高附加值的資源性活性炭并延伸為再生產(chǎn)業(yè)，拓寬活性炭生產(chǎn)的原料來源，實(shí)現(xiàn)了板藍(lán)根藥渣的轉(zhuǎn)化增效，為中藥渣的資源化利用開辟了新途徑。將板藍(lán)根藥渣活性炭用于處理重金屬廢水，可實(shí)現(xiàn)較好的處理效果，利用板藍(lán)根藥渣制備活性炭具有提升資源化潛力，開發(fā)高附加值的資源性產(chǎn)品，在吸附處理含砷廢水方面有著良好的前景。

參考文獻(xiàn)

[1] 秦恒飛，劉婷逢，周建斌.Na2S·HNO3改性活性炭對水中低濃度Pb2+吸附性能的研究[J].環(huán)境工程學(xué)報(bào)，2011，5（2）：306-310.

[2] 趙梅青，馬子川，張立艷，等.高錳酸鉀改性對顆活性炭吸附Cu2+的影響[J].金屬礦山，2008（11）：110-113.

[3] 崔樹玉，薛原，楊建莉，等.板藍(lán)根研究進(jìn)展[J].中草藥，2001，32（7）：670.endprint