改性玉米芯對初期雨水的處理研究

李紅翠 曲艷萍 胡永花 范培迪

摘 要：玉米芯作為一種新興生物炭材料，具有較高的吸附活性。實驗選取該材料作為吸附劑，對初期雨水中的氨氮和COD進(jìn)行吸附研究，經(jīng)酸、堿、鹽改性后，其吸附效果大大增強(qiáng)。實驗結(jié)果表明，用NaOH溶液改性玉米芯后吸附效果更好，進(jìn)一步對PH值、溫度、時間、加投量四個影響實驗效果的因素進(jìn)行探究，找到最佳反應(yīng)條件。

關(guān)鍵詞：改性玉米芯；初期雨水；氨氮；COD

1 改性玉米芯處理初期雨水實驗原理

玉米芯的表面結(jié)構(gòu)多為片層狀結(jié)構(gòu)，炭化后呈較緊密的多孔蜂窩狀結(jié)構(gòu)，比表面積增大，吸附效果明顯提升[1]。利用其多孔性結(jié)構(gòu)，可吸附雨水的氨氮與COD。其中，對氨氮的吸附屬于化學(xué)吸附，對COD的吸附多以物理吸附為主。玉米芯洗凈、烘干、碳化之后，可以進(jìn)行酸、堿、鹽改性處理[2～5]，本文中探究改性處理之后，玉米芯處理雨水能力的提升。

2 預(yù)實驗

在預(yù)實驗中，探究反應(yīng)時間、加投量、pH、反應(yīng)溫度對未改性玉米芯吸附性能的影響。

取若干250mL錐形瓶，移取水樣25.00mL，加入未改性玉米芯0.500g，控制單一變量進(jìn)行實驗。探究吸附氨氮時，反應(yīng)結(jié)束后依次加入1.00mL酒石酸鉀鈉溶液與1.50mL納氏試劑[6～8]，混勻靜置10min后，于420nm處測吸光度[9]，計算去除率。探究吸附COD時，實驗結(jié)束后依次加入10.00mL H2SO4（3mol/L）與10.00mL KMnO4溶液（0.006mol/L），加熱煮沸10min后，加入10.00mL Na2C2O4溶液（0.05mol/L），用KMnO4溶液滴定，計算去除率。

反應(yīng)時間、加投量、PH值、溫度對氨氮和COD的吸附效果如圖1至圖4所示。

3 正交實驗

3.1 處理初期雨水中的氨氮

在實際的水污染處理過程中，各個因素聯(lián)合發(fā)揮作用，參考與實驗得到的最佳實驗條件，設(shè)置正交因素水平如表1：

3.2 處理初期雨水中的COD

分析與實驗的結(jié)論，可知在處理COD時，最佳反應(yīng)時間為40min，最佳投加量為0.050g，最佳pH值為11.00，最佳溫度為35℃。設(shè)置正交實驗，找到組合時最佳的反應(yīng)條件。其正交因素水平如表2：

4 實驗結(jié)果與討論

4.1 處理初期雨水氨氮的研究

分析表3數(shù)據(jù)，酸改性中，改性玉米芯投加量為關(guān)鍵因素，堿改性中，反應(yīng)時間為關(guān)鍵因素，鹽改性中，溶液pH為關(guān)鍵因素。對比三種改性玉米芯實驗數(shù)據(jù)可知，改性玉米芯對氨氮的處理效果普遍高于未改性玉米芯。因為通過改性，玉米芯的表面由原先的片層狀結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)楦泳o密的蜂窩狀結(jié)構(gòu)，孔隙增大，比表面積相應(yīng)變大，因此去除率上升。改性玉米芯對氨氮的處理中，堿改性較好。因為堿改性過程中，玉米芯表面發(fā)生了堿性解離，使得其帶負(fù)電，而水中的氨氮因得到質(zhì)子而帶正電，增強(qiáng)了吸附劑與吸附質(zhì)之間的黏附作用，從而提高了玉米芯對氨氮的去除效果[10]。

4.2 處理初期雨水COD的研究

分析表4數(shù)據(jù)，酸改性和堿改性中玉米芯投加量為關(guān)鍵因素，鹽改性中溶液pH值為關(guān)鍵因素。對比三種改性玉米芯實驗數(shù)據(jù)可知，改性玉米芯對COD的處理效果普遍高于未改性玉米芯，堿改性吸附效果最好，原因與吸附氨氮的實驗相同。其中，投加量與反應(yīng)溫度是吸附效果好壞的關(guān)鍵，而反應(yīng)時間對吸附效果的影響不大。因為在吸附過程中，溫度升高，玉米芯表面受熱膨脹，空隙增大，比表面積增加，對COD的吸附效果提升。

5 小結(jié)

玉米芯作為一種新興生物炭材料，具體較高的吸附活性，實驗選取該材料作為吸附劑，并對其進(jìn)行酸、堿、鹽改性，增大其吸附活性。通過正交實驗研究改性玉米芯對氨氮與COD的處理效果?？偨Y(jié)如下：

1）通過對雨水氨氮與COD的處理結(jié)果可以得出，改性玉米芯的處理效果普遍高于未改性玉米芯。

2）通過不同濃度梯度的正交實驗對比，酸、堿、鹽的改性中，用0.25mol/L的堿改性對雨水氨氮以及COD的去除都有良好效果。

3）在關(guān)鍵與重要因素的分析中，未改性時，反應(yīng)溫度占據(jù)很大比例。而在改性后，反應(yīng)時間與玉米芯投加量為重要因素，達(dá)到了改性的預(yù)期目的。

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作者簡介

李紅翠（1989-），女，漢族，山東泰安人，齊魯理工學(xué)院 化學(xué)與生物工程學(xué)院，碩士，講師，研究方向：污水處理。