论文部分内容阅读
摘要：本文研究了玉米芯介孔炭对实验室有机废水的吸附效果，研究表明玉米芯介孔炭对实验室废水中的苯甲酸、水杨酸、磺基水杨酸和山梨酸等有机物的处理效果明显，为实验室废水的经济、原位、及时、方便的处理提供了参考依据。
关键词：介孔炭；吸附；苯甲酸；磺基水杨酸；水杨酸
Abstract：This article investigated Adsorption of corncob mesoporous carbon in laboratory organic wastewater. The results showed that corncob mesoporous carbon have a good adsorption properties for benzoic acid，sulfosalicylic acld and salicylic acid in laboratory organic wastewater. Such a study provides references for economical timely and convenient treatment of organic wastewater
Key words：mesoporous carbon；adsorption；benzoic acid；sulfosalicylic acld；salicylic acid
近几十年来，随着高等教育的扩招和国家对教科研投入比重的不断增加，高等院校和科研院所实验室废水的排放量也不断增加。许多实验室废水，尤其是中心城区和居民区的化学实验室废水直接排入居民的排水管道，通过下水道形成交叉污染，最后流入江河中或者渗入地下，对水资源的危害不可估量[1]。实验室废水中含有大量的污染性物质，根据废水中所含主要污染物性质，可以分为实验室有机和无机废水两大类[2]，其中有机废水污染范围更广，危害更大[3]。
目前有机废水的处理一般采用焚烧法、溶剂提取法、絮凝沉淀法[4]、氧化分解法[5、6]以及生物处理法[7]，当然也有用活性炭法处理有机实验室废水[8]。介孔炭是孔径介于2nm～50nm的活性炭，具有比较面积大，孔径均匀适中，壁厚均匀，吸附容量大，吸附速度快、吸附机械强度好，热稳定性和耐腐蚀性好等特点，对于水中的有机污染物是一种高效吸附剂，具有吸附速率快和吸附容量高等特点，在废水处理领域有巨大应用前景[9]。
1实验部分
1.1试剂与仪器
（1）试剂与药品：玉米芯介孔炭（自制）；本校实验室废水；苯甲酸；水杨酸；磺基水杨酸；无水乙醇。
（2）仪器：紫外-可见分光光度计（UV-1801 型）；粉粹机（SL-200A型）；真空干燥箱（DZF-O型）；水浴恒溫振荡器（SHA-C型）；台式离心机（TDL-40型）；电子分析天平（FA160N型）。
1.2介孔炭的制备
玉米芯用粉粹机粉粹，过筛，取粒径为 0.15～0.25mm 的玉米芯颗粒用磷酸活化法于550℃氮气气氛中，恒温活化1h后，用去离子水反复冲洗过滤至中性，然后将活性炭放入真空干燥箱内在120℃下干燥12h.得到比表面积为1610m2/g，孔容为1.72cm3/g，中孔率达到66%的玉米芯介孔活性炭[10、11]。
1.3 实验室有机废水吸附试验
取100ml实验室有机水废水置于6个250mL锥形瓶中，分别加入0.00g、0.020g、0.040g、0.060g、0.080g、0.100g和0.120g的介孔炭，放置在恒温摇床中振荡0.5h，控制温度为25℃，转速为120r/min。吸附平衡后，将溶液离心分离取上清液，用0.45μm的微孔滤膜过滤后，分析样品中的苯甲酸、水杨酸、磺基水杨酸等组分的含量，计算吸附率和残余量。
Re=（C0-C）/C0×100%
式中，Re为吸附率，%；C0和C分别为吸附前与吸附后溶液中各组分的质量浓度。
1.4实验室有机废水中各组分含量的分析
（1）苯甲酸的质量浓度用分光光度法，于波长228nm测定，制得标准曲线为 y = 0.131x - 0.0008（r=0.9999），A 为吸光度，c 为苯甲酸质量浓度。
（2）磺基水杨酸的质量浓度用分光光度法，于波长234nm测定，制得标准曲线为 y = 0.0293x + 0.0012（r=0.99999），A 为吸光度，c 为磺基水杨酸质量浓度。
（3）水杨酸的质量浓度用分光光度法，于波长231nm测定，制得标准曲线为 y = 0.0231x + 0.0015（r=0.9999），A 为吸光度，c 为水杨酸质量浓度。
2 结果与讨论
2.1 吸附剂加入量对苯甲酸吸附效果的影响
实验室废水中苯甲酸的含量为71.40mg/L，在温度为25℃，振摇转速为120r/min，吸附震荡时间为0.5h的条件下，考查介孔炭加入量对实验室废水中苯甲酸吸附效果的影响，分析结果如图所示。由图1可知，随着吸附剂用量增加，介孔炭对苯甲酸的吸附量逐渐增大，当吸附剂用量增加到0.6 g/L 后，苯甲酸吸附率即超过95%，因此玉米芯介孔炭对苯甲酸的吸附效果显著。
2.2 吸附剂加入量对磺基水杨酸吸附效果的影响
实验室废水中磺基水杨酸的含量为7.64mg/L，在温度为25℃，振摇转速为120r/min，吸附震荡时间为0.5h的条件下，考查介孔炭加入量对实验室废水中磺基水杨酸吸附效果的影响，分析结果如图所示。由图2可知，随着吸附剂用量增加，介孔炭对磺基水杨酸的吸附量逐渐增大，当吸附剂用量增加到1.0 g/L 后，磺基水杨酸吸附率超过95%，因此玉米芯介孔炭对磺基水杨酸的吸附效果也比较好。 2.3 吸附剂加入量对磺基水杨酸吸附效果的影响
实验室废水中水杨酸的含量为37.47mg/L，在温度为25℃，振摇转速为120r/min，吸附震荡时间为0.5h的条件下，考查介孔炭加入量对实验室废水中水杨酸吸附效果的影响，分析结果如图所示。由图2可知，随着吸附剂用量增加，介孔炭对水杨酸的吸附量逐渐增大，当吸附剂用量增加到0.4 g/L 后，水杨酸吸附率即超过95%，因此玉米芯介孔炭对水杨酸的吸附效果非常显著。
3结论
介孔炭比表面积较大，而且孔径大，材料的物理化学性质很稳定，主要由炭骨架和表面的羟基、羧基等极性基团构成，对于水中的有机污染物是一种高效吸附剂[12]。实验表明玉米芯介孔炭对实验室废水中的苯甲酸、磺基水杨酸、水杨酸等有机物的确实吸附效果显著。为实验室废水的经济、原位、及时、方便的处理提供了可行性参考依据。
参考文献：
[1]徐冰，朱仁发，章 峰. 实验室有机废水处理设备的构思[J]. 安徽化工. 2016，42（2）：72 ～73
[2]马建华，董铁有，郭 昊. 实验室有机废水处理方法探讨[J]. 环境科学导刊. 2008，27（4）：57 ～58
[3]屈军艳，胡 成，殷明义. 几种生物质活性炭处理有机实验室废水的研究[J].实 验 室 科 学. 2013，16（1）：34 ～37
[4]Giovanni D F，Sabino D G，Maurizio G. Definition of a practical multi-criteria procedure for selecting the best coagulant in a chemically assisted primary sedimentation process for the treatment of urban wastewater[J]. Desalination，2008，230（1/2/3）：229-238.
[5]Bhatti Z A，Mahmood Q，Raja I A，et al. Chemical oxidation of car-wash industry wastewater as an effort to decrease water pollution[J]. Physics and Chemistry of the Earth，Parts A/B/C，2011，36（9/10/11）：465-469.
[6]Caizares P，Lobato J，Paz R，et al. Advanced oxidation processes for the treatment of olive-oil mills wastewater[J]. Chemosphere，2007，67（4）：832-838.
[7]Aggarwal S，Lyn C P，Karimi I A. Improved strains for biological treatment of wastewate[J]. Computer Aided Chemical Engineering，2012，31：895-899.
[8]蔣晓光，王艳君. 实验室废液的收集、储存和处理要求[J]. 现代测量与实验室管理. 2004（2）：56 -61
[9] Peng Xiaoming，Hu Xijun，Fu Dafang，et al. Adsorption removal of acid black 1 from aqueous solution using ordered mesoporous car-bon [J]. Applied Surface Science，2014，294：71-80.
[10] 于娇娇，甘黎明，展桂莹等. 玉米芯介孔炭对兰州段黄河水的吸附研究[J]. 山东化工，2017，46（20）：156-157.
[11] 刘佳. 玉米芯中孔炭的制备及其应用研究[D]. 天津：天津大学理学院，2008.
[12]董艳萍，田喜强，刘旭阳等. 介孔碳的合成及其处理有机废水的研究进展. 化学工程师，2012（5）：37-39.
作者简介：
于娇娇，1987年1月，女，山东莒县，汉族，硕士研究生学历，主要研究方向为教育、能源与环境。
关键词：介孔炭；吸附；苯甲酸；磺基水杨酸；水杨酸
Abstract：This article investigated Adsorption of corncob mesoporous carbon in laboratory organic wastewater. The results showed that corncob mesoporous carbon have a good adsorption properties for benzoic acid，sulfosalicylic acld and salicylic acid in laboratory organic wastewater. Such a study provides references for economical timely and convenient treatment of organic wastewater
Key words：mesoporous carbon；adsorption；benzoic acid；sulfosalicylic acld；salicylic acid
近几十年来，随着高等教育的扩招和国家对教科研投入比重的不断增加，高等院校和科研院所实验室废水的排放量也不断增加。许多实验室废水，尤其是中心城区和居民区的化学实验室废水直接排入居民的排水管道，通过下水道形成交叉污染，最后流入江河中或者渗入地下，对水资源的危害不可估量[1]。实验室废水中含有大量的污染性物质，根据废水中所含主要污染物性质，可以分为实验室有机和无机废水两大类[2]，其中有机废水污染范围更广，危害更大[3]。
目前有机废水的处理一般采用焚烧法、溶剂提取法、絮凝沉淀法[4]、氧化分解法[5、6]以及生物处理法[7]，当然也有用活性炭法处理有机实验室废水[8]。介孔炭是孔径介于2nm～50nm的活性炭，具有比较面积大，孔径均匀适中，壁厚均匀，吸附容量大，吸附速度快、吸附机械强度好，热稳定性和耐腐蚀性好等特点，对于水中的有机污染物是一种高效吸附剂，具有吸附速率快和吸附容量高等特点，在废水处理领域有巨大应用前景[9]。
1实验部分
1.1试剂与仪器
（1）试剂与药品：玉米芯介孔炭（自制）；本校实验室废水；苯甲酸；水杨酸；磺基水杨酸；无水乙醇。
（2）仪器：紫外-可见分光光度计（UV-1801 型）；粉粹机（SL-200A型）；真空干燥箱（DZF-O型）；水浴恒溫振荡器（SHA-C型）；台式离心机（TDL-40型）；电子分析天平（FA160N型）。
1.2介孔炭的制备
玉米芯用粉粹机粉粹，过筛，取粒径为 0.15～0.25mm 的玉米芯颗粒用磷酸活化法于550℃氮气气氛中，恒温活化1h后，用去离子水反复冲洗过滤至中性，然后将活性炭放入真空干燥箱内在120℃下干燥12h.得到比表面积为1610m2/g，孔容为1.72cm3/g，中孔率达到66%的玉米芯介孔活性炭[10、11]。
1.3 实验室有机废水吸附试验
取100ml实验室有机水废水置于6个250mL锥形瓶中，分别加入0.00g、0.020g、0.040g、0.060g、0.080g、0.100g和0.120g的介孔炭，放置在恒温摇床中振荡0.5h，控制温度为25℃，转速为120r/min。吸附平衡后，将溶液离心分离取上清液，用0.45μm的微孔滤膜过滤后，分析样品中的苯甲酸、水杨酸、磺基水杨酸等组分的含量，计算吸附率和残余量。
Re=（C0-C）/C0×100%
式中，Re为吸附率，%；C0和C分别为吸附前与吸附后溶液中各组分的质量浓度。
1.4实验室有机废水中各组分含量的分析
（1）苯甲酸的质量浓度用分光光度法，于波长228nm测定，制得标准曲线为 y = 0.131x - 0.0008（r=0.9999），A 为吸光度，c 为苯甲酸质量浓度。
（2）磺基水杨酸的质量浓度用分光光度法，于波长234nm测定，制得标准曲线为 y = 0.0293x + 0.0012（r=0.99999），A 为吸光度，c 为磺基水杨酸质量浓度。
（3）水杨酸的质量浓度用分光光度法，于波长231nm测定，制得标准曲线为 y = 0.0231x + 0.0015（r=0.9999），A 为吸光度，c 为水杨酸质量浓度。
2 结果与讨论
2.1 吸附剂加入量对苯甲酸吸附效果的影响
实验室废水中苯甲酸的含量为71.40mg/L，在温度为25℃，振摇转速为120r/min，吸附震荡时间为0.5h的条件下，考查介孔炭加入量对实验室废水中苯甲酸吸附效果的影响，分析结果如图所示。由图1可知，随着吸附剂用量增加，介孔炭对苯甲酸的吸附量逐渐增大，当吸附剂用量增加到0.6 g/L 后，苯甲酸吸附率即超过95%，因此玉米芯介孔炭对苯甲酸的吸附效果显著。
2.2 吸附剂加入量对磺基水杨酸吸附效果的影响
实验室废水中磺基水杨酸的含量为7.64mg/L，在温度为25℃，振摇转速为120r/min，吸附震荡时间为0.5h的条件下，考查介孔炭加入量对实验室废水中磺基水杨酸吸附效果的影响，分析结果如图所示。由图2可知，随着吸附剂用量增加，介孔炭对磺基水杨酸的吸附量逐渐增大，当吸附剂用量增加到1.0 g/L 后，磺基水杨酸吸附率超过95%，因此玉米芯介孔炭对磺基水杨酸的吸附效果也比较好。 2.3 吸附剂加入量对磺基水杨酸吸附效果的影响
实验室废水中水杨酸的含量为37.47mg/L，在温度为25℃，振摇转速为120r/min，吸附震荡时间为0.5h的条件下，考查介孔炭加入量对实验室废水中水杨酸吸附效果的影响，分析结果如图所示。由图2可知，随着吸附剂用量增加，介孔炭对水杨酸的吸附量逐渐增大，当吸附剂用量增加到0.4 g/L 后，水杨酸吸附率即超过95%，因此玉米芯介孔炭对水杨酸的吸附效果非常显著。
3结论
介孔炭比表面积较大，而且孔径大，材料的物理化学性质很稳定，主要由炭骨架和表面的羟基、羧基等极性基团构成，对于水中的有机污染物是一种高效吸附剂[12]。实验表明玉米芯介孔炭对实验室废水中的苯甲酸、磺基水杨酸、水杨酸等有机物的确实吸附效果显著。为实验室废水的经济、原位、及时、方便的处理提供了可行性参考依据。
参考文献：
[1]徐冰，朱仁发，章 峰. 实验室有机废水处理设备的构思[J]. 安徽化工. 2016，42（2）：72 ～73
[2]马建华，董铁有，郭 昊. 实验室有机废水处理方法探讨[J]. 环境科学导刊. 2008，27（4）：57 ～58
[3]屈军艳，胡 成，殷明义. 几种生物质活性炭处理有机实验室废水的研究[J].实 验 室 科 学. 2013，16（1）：34 ～37
[4]Giovanni D F，Sabino D G，Maurizio G. Definition of a practical multi-criteria procedure for selecting the best coagulant in a chemically assisted primary sedimentation process for the treatment of urban wastewater[J]. Desalination，2008，230（1/2/3）：229-238.
[5]Bhatti Z A，Mahmood Q，Raja I A，et al. Chemical oxidation of car-wash industry wastewater as an effort to decrease water pollution[J]. Physics and Chemistry of the Earth，Parts A/B/C，2011，36（9/10/11）：465-469.
[6]Caizares P，Lobato J，Paz R，et al. Advanced oxidation processes for the treatment of olive-oil mills wastewater[J]. Chemosphere，2007，67（4）：832-838.
[7]Aggarwal S，Lyn C P，Karimi I A. Improved strains for biological treatment of wastewate[J]. Computer Aided Chemical Engineering，2012，31：895-899.
[8]蔣晓光，王艳君. 实验室废液的收集、储存和处理要求[J]. 现代测量与实验室管理. 2004（2）：56 -61
[9] Peng Xiaoming，Hu Xijun，Fu Dafang，et al. Adsorption removal of acid black 1 from aqueous solution using ordered mesoporous car-bon [J]. Applied Surface Science，2014，294：71-80.
[10] 于娇娇，甘黎明，展桂莹等. 玉米芯介孔炭对兰州段黄河水的吸附研究[J]. 山东化工，2017，46（20）：156-157.
[11] 刘佳. 玉米芯中孔炭的制备及其应用研究[D]. 天津：天津大学理学院，2008.
[12]董艳萍，田喜强，刘旭阳等. 介孔碳的合成及其处理有机废水的研究进展. 化学工程师，2012（5）：37-39.
作者简介：
于娇娇，1987年1月，女，山东莒县，汉族，硕士研究生学历，主要研究方向为教育、能源与环境。