柚皮粉快速制備活性炭及對甲基橙染料廢水處理性能研究

胡茜 王詩語 董微巍

摘 要：以農(nóng)業(yè)廢棄物柚子皮作為原料來制備活性炭，利用氯化鋅活化法將柚皮粉在低溫條件下快速制備成活性炭來處理模擬甲基橙染料廢水。結(jié)果表明：活性炭的投放量、震蕩時間對于活性炭的吸附性能均有著顯著的影響。其中當(dāng)活性炭投放量為0.3 g/L，震蕩50min時去除率效率最好，達(dá)81%。

關(guān)鍵詞：柚皮粉；活性炭；甲基橙；吸附

印染工業(yè)作為我國最早的支柱產(chǎn)業(yè)，現(xiàn)如今已經(jīng)有了悠久的歷史，隨著印染工業(yè)的發(fā)展，染料廢水的排放量大大增加，我國印染行業(yè)每年約產(chǎn)生6-7噸廢水，大量難降解的有機(jī)污染物排入水環(huán)境，變成最嚴(yán)重的水環(huán)境污染來源之一[1]。染料廢水處理已迫在眉睫。

應(yīng)用于廢水中染料凈化的方法有膜分離、吸附、絮凝、光催分解等。吸附法具有操作簡單、靈活等優(yōu)點成為目前處理污染廢水的主要技術(shù)。針對染料廢水的水質(zhì)特性，以柚子皮為原材料，用氯化鋅活化法來制備活性炭，在實驗的基礎(chǔ)上構(gòu)建柚子皮生物活性炭吸附處理染料廢水工藝。通過制備甲基橙染料廢水，從兩個影響因素（活性炭的投加量、反應(yīng)時間）優(yōu)化生物柚子皮活性炭對甲基橙染料廢水反應(yīng)工藝。將得到的柚皮基吸附劑用于染料廢水的處理，達(dá)到循環(huán)經(jīng)濟(jì)的目的。

1材料與方法

1.1實驗材料與試劑

98%濃硫酸，氯化鋅，氫氧化鈉，甲基橙，電子天平，干燥箱，粉碎機(jī)，SHA-B水浴恒溫振蕩器，JJ224BC型電子天平，EMS-10型磁力攪拌器，F(xiàn)Y-1H-N抽濾機(jī)，可見分光光度計，pH計。

1.2活性炭的制備

柚子表皮完整剝下剪成均等大小的小塊，蒸餾水充分洗滌去除其表面雜質(zhì)，于通風(fēng)光照良好處放置干燥2周后得到完全干燥的柚子皮，將干燥后的柚皮粉碎，過60目篩，最終得到用于制備活性炭的柚皮粉。將得到的柚皮粉放入密封袋中留存?zhèn)溆谩，F(xiàn)稱取50 g柚子皮粉末置于500 mL的燒杯中，加入40 g的98%濃硫酸溶液對柚皮粉進(jìn)行氧化，再加入5 g氯化鋅于室溫條件下攪拌0.5 h使其充分氧化后靜置2 h，將得到的混合物用蒸餾水反復(fù)洗滌至中性后，用抽濾機(jī)進(jìn)行抽濾，將得到的活性炭放置在60℃烘箱中烘干16 h，終將制得的活性炭碎塊留存?zhèn)溆谩?/p>

1.3方法評價

分別取以上配置溶液0.1、0.2、0.3、0.4、0.5 （ml）于五個燒杯中，均稀釋到20 ml，得到濃度為1、2 、3、4、5（mg/L）的甲基橙溶液，攪拌均勻后待用。甲基橙在最大吸收波長為464nm，調(diào)節(jié)分光光度計，得各濃度甲基橙對應(yīng)的吸光度值，由甲基橙濃度與對應(yīng)吸光度繪得甲基橙的標(biāo)準(zhǔn)曲線y=0.0092x-0.0008，R2=0.9483。其方法可行。

2結(jié)果分析

2.1 活性炭投放量對于吸附效果的影響

準(zhǔn)備5個具塞比色管分別在其中加入25 ml甲基橙模擬廢水，再分別稱取0.1 、0.2 、0.3 、0.4 、0.5 （g），活性炭加入其中，在25℃的水浴恒溫振蕩器中震蕩0.5 h，使其充分混合吸附，過濾得到不含雜質(zhì)的液體，測吸光度。

可得：吸附初期，隨著吸附劑投放量的增大，去除率逐漸增大，因為增加活性炭投放量使吸附表面積增加，當(dāng)投放量達(dá)到0.3 g時，去除率達(dá)到80%最大，之后繼續(xù)投加，去除率降低，因為水體里染料含量一定，隨著吸附劑用量增多，吸附效果顯著變好，但隨著吸附劑用量增大其去除率也慢慢趨于吸附平衡，為此，本次研究活性炭的最佳投放量為0.3 g，不僅可以達(dá)到較高的吸附效率，而且不會浪費活性炭。

2.2震蕩時間對于吸附效果的影響

準(zhǔn)備5個具塞比色管分別在其中加入25 mL甲基橙模擬廢水，稱取0.3 g活性炭投加其中，在25℃的水浴恒溫振蕩器中分別震蕩15、30、40、50、60 （min），使其充分混合吸附，過濾得到不含雜質(zhì)的上清液，測吸光度。結(jié)果如下圖：

可得：隨著震蕩時間的增加去除率先增加后逐漸降低。因為吸附初始時，廢水中甲基橙染料的濃度較高而且吸附位點相對較多，吸附位點周圍染料含量高即吸附效率大，且遠(yuǎn)大于解吸率。但當(dāng)吸附到達(dá)一定程度后，廢水中染料濃度降低，吸附位點相對減少[2]，甲基橙濃度降低，吸附效率逐漸降低。本次研究震蕩的最佳時長為為50 min，此時吸附率達(dá)到81%最大。

結(jié)論

采用氯化鋅活化法來進(jìn)行制備活性炭，此方法不僅可以在低溫環(huán)境下簡單實現(xiàn)活性炭的制備，而且高效快速，活化產(chǎn)率高。利用制備的活性炭再對甲基橙染料廢水進(jìn)行靜態(tài)吸附研究，通過控制反應(yīng)時間和活性炭投加量，采用對比法和控制變量法開展實驗，研究各項因素對于甲基橙染料廢水吸附效果的影響，確定最佳的吸附條件為：活性炭投放量為0.3 g/L，震蕩50min時去除率效率最好，達(dá)81%。

參考文獻(xiàn)：

[1]逯秀.有機(jī)染料廢水處理技術(shù)研究進(jìn)展[J].石化技術(shù)，2019，26（02）：70.

[2]易四勇， 王先友， 李娜，等. 活性炭活化處理技術(shù)的研究進(jìn)展[J].材料導(dǎo)報， 2008， 22（3）：72-75.