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花生殼活性炭的制備及其對印染廢水的脫色處理研究

集萃印花網(wǎng) 2009-09-17 00:00:00

【集萃網(wǎng)觀察】活性炭是一種多孔性含碳物質(zhì)，已經(jīng)應(yīng)用于工業(yè)和國民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)行業(yè)，以及環(huán)境保護(hù)和人類生活的各個(gè)方面．傳統(tǒng)的活性炭制備多以木材、木炭、木屑、椰子殼、果核等為原料，隨著社會環(huán)保意識的增強(qiáng)，尤其是1998年發(fā)生在長江、松花江、嫩江流域的特大洪水使人們已切身體會到生態(tài)惡化對民族生存和可持續(xù)發(fā)展的巨大負(fù)面影響，國家迅速對自然森林禁伐，這些因素致使木材、木炭的來源萎縮，即制備活性炭的原料受到極大的限制，價(jià)格也呈上漲趨勢．據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國每年的花生殼產(chǎn)量為450萬t．近幾年來，隨著農(nóng)村經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和能源供應(yīng)的改善，農(nóng)民對花生殼的燃燒利用逐漸減少，花生殼在農(nóng)村能源中的比重呈下降趨勢，在此形勢下，利用切實(shí)可行的新工藝，以廢棄的生物質(zhì)原料制備活性炭具有現(xiàn)實(shí)意義．

印染廢水具有水量大、有機(jī)污染物含量高、難降解物質(zhì)多、色度高以及組分復(fù)雜等特點(diǎn)，屬難處理的工業(yè)廢水．印染行業(yè)是工業(yè)廢水排放大戶，隨著化學(xué)工業(yè)、染料工業(yè)的發(fā)展以及消費(fèi)者對印染加工要求的提高，大量新型印染助劑、染料、漿料等的廣泛應(yīng)用，致使印染廢水中有機(jī)物成分越來越復(fù)雜多變，由于印染廢水水質(zhì)變化大，生化處理效果不理想，尤以脫色效果較差，已成為困擾印染廢水治理的關(guān)鍵問題．本文以農(nóng)業(yè)固體廢棄物花生殼作為原材料制備活性炭，探討活性炭制備的工藝條件，并將所研制的活性炭用于處理印染廢水，進(jìn)一步探討活性炭吸附處理印染廢水中色度的工藝條件．

1 實(shí)驗(yàn)

1．1材料與儀器

花生殼(黃石市某地的廢棄物)，印染廢水(黃石市某紡織有限公司，其最大吸收波長為604 nm，pH值為5)，硫酸(H2S04)，分析純．

儀器：AB204-N電子分析天平，梅特勒一托利多儀器(上海1有限公司；SKFG-01電子分析天平、SX2-4-13馬弗爐湖北省黃石市醫(yī)療器械廠；THZ-82恒溫振蕩器，常州國華電器有限公司；722型分光光度計(jì)，上海精密科學(xué)儀器有限公司．

1．2活性炭的制備

將花生殼放人坩堝，于馬弗爐中炭化一定時(shí)間后磨碎，過篩，取100目的炭素放人密封袋中待用．稱取一定量的炭素于一定稀釋比的硫酸中，在水浴中加熱一定時(shí)間后取出，用蒸餾水洗滌至中性，105℃烘干即得活化的花生殼活性炭．

1．3印染廢水的處理

取一定量過100目的活性炭于100mL具磨口塞的錐形瓶中，再向錐形瓶中加入100 mL印染廢水，在25℃下，放在水浴振蕩器上振蕩一定時(shí)間后，過濾，在604 nm下測定吸附前、后的吸光度值．考察印染廢水的脫色效果，按下列公式計(jì)算脫色率：

式中：n為脫色率，％；A。為吸附前印染廢水的吸光度值；4。為吸附后的吸光度值．

2結(jié)果與討論

2．1活性炭制備最佳工藝條件

2．1．1炭化溫度

稱取0．5 g不同炭化溫度下的炭素于100 mL磨口錐形瓶中，加入100 mL印染廢水，在振蕩器上于120r／min、25℃下振蕩30 min，過濾，測其吸光度值．結(jié)果如圖1所示．

圖1 炭化溫度對炭素吸附性能的影響

由圖1可知，炭化溫度從400℃升高至800℃，脫色率逐漸增大，其原因是在炭化過程中，花生殼中的纖維素和木質(zhì)素分解，產(chǎn)生脫水、脫酸等反應(yīng)，并形成芳核間的結(jié)合，隨后脫氫，大量芳核直接結(jié)合，形成二維平面結(jié)構(gòu)，同時(shí)結(jié)合上-CH2-，形成三維立體結(jié)構(gòu)：形成了發(fā)達(dá)的孔隙，使炭化后的花生殼炭素具有吸附性．炭化溫度再繼續(xù)升高到900℃，其脫色率反而下降了，原因是溫度過高，使花生殼中的纖維素碳化結(jié)節(jié)j阻礙了孔隙的形成．161故炭化溫度選擇800℃．

2．1．2炭化時(shí)間

稱取0．5 g在800 oC炭化不同時(shí)間的炭素于100mL磨口錐形瓶中，加入100 mL印染廢水，在振蕩器上于120 r／min、25℃下振蕩30 rain后，測定產(chǎn)品的吸附性能，結(jié)果如圖2所示．

圖2炭化時(shí)間對炭素吸附性能的影響

由圖2可知，炭化時(shí)間從30 min延長至150 min，所得產(chǎn)品對印染廢水的脫色率逐漸增加，當(dāng)超過150min后，脫色率隨著炭化時(shí)間的增加而減小，脫色率在150 min處達(dá)到最大，此時(shí)，花生殼中的大部分非炭成分和碳水化合物已經(jīng)去除，形成了一定數(shù)量的微孔結(jié)構(gòu)．故炭化時(shí)間選擇150 min．

2．1．3活化方法

從炭化后的花生殼炭素脫色率可以看出，未經(jīng)過任何處理的花生殼炭素的脫色率很低，原因是花生殼炭素還沒有形成發(fā)達(dá)的細(xì)孑L結(jié)構(gòu)，部分細(xì)孔堵塞．為了提高花生殼炭素的吸附能力，必須對它進(jìn)行活化處理．活化劑(H2S04)的稀釋比、活化溫度、活化時(shí)間、固液比是影響花生殼炭素活化的主要因素．本文采用正交實(shí)驗(yàn)L9(34)進(jìn)行條件優(yōu)化，結(jié)果見表1．

表1 L9(34)正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果(原水吸光度0．806)

注：活性炭用量為O．1 g／100 mL，即1 g／L；稀釋比為H2SO4：H2O,固液比為體積比．

從表1可知，影響花生殼活性炭吸附能力的4個(gè)因素中主次比較為：活化劑稀釋比>活化時(shí)間>溫度>固液比．從結(jié)果可以看出，最佳條件為：A3B2C1D2．

2．2活性炭吸附處理印染廢水的條件優(yōu)化

2．2．1 pH值

在100 mL印染廢水中，加入活性炭0．2 g，在振蕩器上于120 r／min、25℃下振蕩30 min，pH值對印染廢水脫色率的影響如圖3所示．

圖3 pH值對脫色率的影響

由圖3可知，pH值在l～5時(shí)，印染廢水的脫色率變化不大，從處理成本考慮，選擇印染廢水自身的pH比較合理，因此，選擇pH值為5．

2．2．2振蕩速率

在100 mL印染廢水中，加入活性炭0．2 g，調(diào)節(jié)pH值為5，溫度為25℃，在振蕩器上以不同速率振蕩30min，振蕩速率對印染廢水脫色率的影響如圖4所示．

圖4振蕩速率對脫色率的影響

由圖4可知，隨著振蕩速率的增加，脫色率逐漸增大，到160 r／min時(shí)達(dá)到最大值，以后逐漸降低，原因是振蕩速率過大，有色物質(zhì)就會解析出來，因此，選擇振蕩速率為1 60 r／min．

2．2．3吸附時(shí)間

在100 mL印染廢水中，加入活性炭0．2 g，調(diào)節(jié)pH值為5，溫度25℃，在振蕩器上以160 r／min振蕩不同時(shí)間，吸附時(shí)間對印染廢水脫色率的影響如圖5所示．

圖5 吸附時(shí)間對脫色率的影響

由圖5可知，延長吸附時(shí)間，印染廢水的脫色率隨之增大，當(dāng)吸附時(shí)間達(dá)到120 min時(shí)，脫色率最高，繼續(xù)延長吸附時(shí)間，脫色率逐漸降低．說明在120 min時(shí)吸附已經(jīng)達(dá)到飽和狀態(tài)．故選用吸附時(shí)間為120 min．

2．2．4活性炭用量

取6份印染廢水，每份各100 mL，加入不同量花生殼活性炭，調(diào)節(jié)pH值為5，溫度為25℃，在振蕩器上以160 r／min振蕩吸附120 min，活性炭用量對廢水脫色率的影響如圖6所示．花生殼活性炭的用量對印染廢水的脫色率有很大影響．隨著花生殼活性炭用量的增加，脫色率也不斷增加，但用量超過1．5 g后，對脫色率的影響已經(jīng)不明顯，說明當(dāng)花生殼活性炭的用量為1．5 g時(shí)，吸附就基本達(dá)到飽和狀態(tài)，即花生殼活性炭用量為15 g／L(1．5 g／100 mL)比較適宜，此時(shí)印染廢水的脫色率達(dá)96．7％