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微波改性活性炭深度处理亚甲基蓝染料废水的研究
更新时间:2017-01-15 来源:《工业水处理》 作者:丁春生,毛凌俊,吴杰,沈嘉辰

摘要:为提高粒状活性炭(GAC)的吸附效果,采用微波技术对GAC 改性处理,并对GAC 和微波改性活性炭(W-GAC)进行表征分析。将COD 去除率作为吸附效果的评价指标,以亚甲基蓝溶液作为处理对象,考察了GAC 与W-GAC 对其吸附性能。结果表明:W-GAC 的比表面积与总孔容略有减小,表面酸性含氧基团含量明显减少,碱性基团含量上升。活性炭吸附亚甲基蓝废水的吸附等温线与Langmuir 方程拟合较好。

进入21 世纪以来,我国染料和印染工业发展迅速,染料产品的年产量已达90 万t,占全球总产量的60%左右〔1〕。随着染料废水排放量的迅速增加,大量难以生化降解处理的有机物污染物被排放进入水体,造成了严重的水体污染〔2〕。据估计,在染料生产过程中,约有90%的无机原料和30%的有机原料被排放进入水体〔3〕。染料废水具有成分复杂、有机物浓度和色度高、难生化降解等特点。染料废水的深度处理技术能够去除一般生化处理无法去除的难降解有机物等污染物,近年来受到了人们的重视。

活性炭具有很好的吸附性能主要是由其特殊的表面结构特性和表面化学特性所决定的。结构特性决定了活性炭的物理性吸附,表面化学性质决定了活性炭的化学吸附〔4〕。因此调整活性炭孔隙结构进行物理改性、改变表面含氧官能团的含量进行化学改性对提高其特定的吸附性能具有十分重要的作用。笔者采用微波技术对活性炭进行改性处理,分析其处理亚甲基蓝染料废水的影响因素和机理。

1 试验部分

1.1 改性活性炭的制备

将500 g 未经清洗的活性炭置于2 000 mL 烧杯中,用去离子水(pH=7)反复清洗,去除烧杯上部溶液以及上浮的活性炭,洗至上清液澄清且呈中性。将经过清洗的颗粒活性炭放置恒温鼓风烘箱中于110 ℃的温度下干燥24 h, 待活性炭完全冷却后放置在棕色试剂瓶中,干燥保存。

称取5.0 g 洗净烘干的颗粒活性炭置于坩埚中,使用不同的微波功率对活性炭进行不同时间的改性。改性之后,待活性炭完全冷却,取出放置于棕色药剂瓶内,干燥保存。

1.2 亚甲基蓝染料废水的配置

亚甲基蓝标准储备液: 称取1.169 g 三水合亚甲基蓝(C16H18ClN3S·3H2O)溶于去离子水中,转移至100 mL 容量瓶中,加去离子水稀释至刻度,摇匀,配置成为10 g/L 的亚甲基蓝标准储备液,标准储备液在每次进行吸附试验前都需重新配制。

亚甲基蓝标准使用液: 使用移液枪准确量取2.00 mL 上述储备液置于1 000 mL 容量瓶中,加去离子水稀释至刻度,摇匀,配置成20.0 mg/L 的亚甲基蓝标准使用液。

1.3 试验方法

1.3.1 吸附试验

取一定量的微波改性活性炭于一系列的250 mL锥形瓶中,加入一定体积亚甲基蓝溶液,将锥形瓶置于恒温振荡器中,以150 r/min 的转速振荡6 h,静置20 min 后过滤,取滤液0.2 mL,于比色管中稀释至50 mL, 用紫外分光光度计在亚甲基蓝溶液的最大吸收波长(502 nm)处测定其吸光度,通过标准曲线法确定吸附后溶液中亚甲基蓝的残余浓度。

1.3.2 快速消解法测定COD

在水样中投加一定浓度的重铬酸钾溶液,以硫酸银为催化剂,在浓硫酸的环境下,当水样COD 为100~1 000 mg/L 时,Cr3+吸光度的增加量与水样COD成正比,通过测定Cr3+吸光度的值可求得COD;当水样COD 为15~250 mg/L 时,Cr3+吸光度的增加量与水样COD 成正比,Cr6+吸光度的减少量与COD 成反比,则通过测定440 nm 波长处总吸光度值可求得COD〔5〕。

1.3.3 比表面积测定与孔径分析

采用Micromeritics 公司生产的比表面孔径分布测定仪ASPA2010,以BET 液氮吸附法于77K下进行N 吸附,测定改性前后活性炭的比表面积。

1.3.4 SEM 电镜扫描

GAC、W-GAC 的干燥样品压片后,在荷兰Philips-FEI 公司Quanta200 型环境扫描电镜上进行测试。

1.3.5 Boehm 滴定法

不同的含氧官能团具有不同的酸碱特性,活性炭在水中的酸碱性就取决于这些基团,利用活性炭在水中的这种特性,通过试验计算可求得活性炭表面含氧基团的含量〔6〕。

版权、出处:《工业水处理》

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