1實驗部分
1.1試劑與儀器
活性炭纖維、椰殼活性炭HA-A(粒徑812目)、粒狀活性炭、活性艷紅X-3B染料均為工業品;硫酸、氫氧化鈉均為分析純!HZ-82A數顯水浴恒溫振蕩器;VarianCary50型紫外可見分光光度計;干燥箱。
1.2
活性炭的預處理
ACF、GAC、椰殼AC在制作和運輸過程中,長期暴露在空氣中,表面上吸附有很多雜質,為保證實驗結果的準確性,需要對其進行預處理。取ACF、GAC、椰殼AC用蒸餾水洗滌4次,在120e下干燥12h,取出后密封置于干燥器中備用。
1.3實驗方法
取初始濃度為50mg/L的活性艷紅X-3B染液300mL,于500mL的錐型瓶中,并分別稱取2g經過預處理的ACF、GAC、椰殼AC,置于錐型瓶中,并置于振蕩器中,振蕩器內恒溫水浴溫度為25e,振蕩頻率為160次/min.分別在2,30,60,90,120min取樣,分析脫色率。
2結果與討論
2.1吸附時間對吸附效果的影響
在180,240,300,360,420,480min分別取樣,3種炭材料對活性艷紅X-3B染料廢水的靜態吸附結果。
可知,不同的炭材料對染料吸附的平衡時間不一樣,ACF的吸附平衡時間快,其次是GAC,椰殼AC慢。在60min的時候,ACF開始趨向平衡,而GAC和椰殼AC分別在360min和480min后才趨向平衡,這與資料上報道的活性炭對染料廢水脫色的平衡時間由3h到17h不等的結果是一致的。ACF吸附速度較其余2種活性炭快,是因為ACF吸附過程主要為纖維表面微孔吸附,吸附層很薄。
2.2吸附實驗的影響因素
2.2.1炭材料用量對吸附效果的影響分別稱取
可知,ACF、椰殼AC的吸附率隨著炭用量的增大明顯的增大,而GAC的吸附率增加比較緩慢。在相同的炭用量下,吸附率順序為:椰殼AC>ACF>GAC.
2.2.2溶液溫度對吸附效果的影響在溫度分別為10,30,60e下3種炭材料對染料廢水吸附60min后的結果。
可知,在1060e時,溫度越高,吸附效率越高,此結論與文獻報道的結果一致,這與染料顆粒熱運動頻繁,碰撞幾率上升有關。3種炭材料中,ACF對染料溶液的吸附性能受溫度的影響大,GAC和椰殼AC次之。3種炭材料的吸附等溫線分別按Langmuir和Fre2undlich等溫式擬合的結果。
結合我們以前的研究可知,GAC、ACF、椰殼AC吸附活性艷紅X-3B染料廢水的吸附等溫線均符合Langmuir等溫模式,其等溫方程分別為:GAC:C/n2s=337.23C 15776,R=0.9750ACF:C/n2s=317.42C 825.68,R=0.9790椰殼AC:C/n2s=51.845C 4470.8,R=0.9787式中C)))吸附平衡的濃度,mg/L;n2s)))吸附量,mg/mg.可見,3種炭材料對染料廢水的吸附均以單分子層吸附為主。
2.2.3溶液pH值對吸附效果的影響調節染料
溶液的pH分別為1.5,4.5,9.5,11.5,振蕩60min,進行靜態吸附。可知,ACF的吸附性能隨溶液pH值的增加而降低,而GAC和椰殼AC在中性條件下吸附性能均大大降低。整體來看,在弱酸性條件下,3種炭材料對染料廢水均有較好的脫色效果,這與多數文獻報道的結果是一致的。這是因為溶液pH值對吸附的影響,既與活性炭本身有關,也與吸附質(溶質)的性質有關,pH值低時,廢水中的有機酸形成離子的比例較小,故吸附量大。
2.2.4活性艷紅X-3B溶液濃度對吸附效果的影響
取初始濃度分別為25,50,100,200,400mg/L的活性艷紅X-3B染料溶液分別進行吸附實驗。
可知,隨著染料溶液濃度的提高,脫色率是下降的,且ACF的脫色率下降的速度比椰殼AC和GAC快。
2.3
活性炭再生
活性炭因其極強的吸附能力在廢水處理中獲得廣泛的應用。但其成本高,且易吸附飽和,若不進行再生回收,不僅不經濟,還會對環境造成污染。本實驗把低溫加熱再生和微波再生做了對比。
2.3.1加熱再生
活性炭對吸附性能的影響用蒸餾水清洗4遍已吸附飽和的ACF、GAC、椰殼AC,在120e干燥箱中烘干12h后,在60e下進行靜態吸附實驗。
120e加熱再生對椰殼AC來說是有利的,其次是GAC和ACF.再生后,椰殼AC再生性能恢復率可達100,GAC達92.2,而ACF只有31.9.
2.3.2微波再生
活性炭對吸附性能的影響用蒸餾水清洗4遍已吸附飽和的ACF、GAC、椰殼AC,在120e干燥箱中烘干12h,再用600W微波再生10s后,在60e下進行靜態吸附實驗。
微波對3種炭材料均有較好的再生效果。微波再生不僅能使椰殼AC和GAC的吸附性能恢復率達100,而且還能大大提高ACF的吸附性能,吸附量達原來的2.4倍。
本文以
椰殼活性炭為例,采用掃描電鏡對微波再生前后的活性炭進行分析,從活性炭再生前后的SEM圖比較中可以看到,活性炭在微波輻照下,變化主要發生在孔隙結構上,活性炭微孔數增多,孔徑變大,并且形狀由圓形變得不規則。這是因為活性炭吸收微波能,轉化為熱能,活性炭表面和內部吸收的有機物發生解吸、脫附、炭化等,活性炭的孔隙擴大,吸附能力得到再生。3種炭材料中,由于ACF孔徑小,且孔全位于表面,而活性艷紅X-3B染料的分子較大,不易在ACF內充填和傳遞,吸附主要發生在外表面及孔徑足夠大的中孔,故吸附量相對小,但經微波再生后,由于孔徑變大,因此吸附性能大大提高。而GAC和椰殼AC由于本身孔徑較大,因此微波再生對他們吸附性能的影響相對小些。
3結論
。1)3種炭材料的吸附容量大小分別為椰殼AC>ACF>GAC;在1050e內,溫度越高,吸附效率越高;在弱酸性條件下,3種炭材料對染料廢水均有較好的脫色效果;隨著染料溶液濃度的提高,脫色率是下降的。
。2)加熱和微波均可使GAC和椰殼AC再生,且再生后的吸附性能均基本可恢復到原來100,微波能使ACF再生后的吸附量達原來的2.4倍。