活性炭的应用

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   摘要:活性炭吸附法是一种常用的水处理工艺,本实验采用活性炭吸附2,4-二氯酚,考察了各条件对吸附的影响。pH在2-6之间吸附效果较好,7h后活性炭基本达到饱和。通过微波在不同微波功率、作用时间对活性炭进行改性,对改性前后活性炭的孔隙结构和表面基团进行了测试,表明微波处理使活性炭比表面积变化不大,孔容稍有缩小。酸性基团减弱,碱性基团增强。改性后活性炭的碘值和吸附容量均有提高。采用微波技术对吸附炭进行了再生实验,结果表明微波再生时间极短,再生后炭的吸附性能良好,微波再生次数对再生炭的吸附性能影响不大。通过正交和平行实验得出了再生的最优条件。与其它再生方法相比,微波再生法具有选择性、低能耗、高效的特点,是一种很有发展前景和优势的再生手段。
   关键词:活性炭微波改性再生
  中图分类号:TQ424.1文献标识码:A文章编号:
   Abstract: Active carbon absorption method is a kind of common water treatment process, the experiment the active carbon adsorption of phenol 2, chlorine, investigated the influence of various conditions on the adsorption. PH in two to six adsorption between effect is good, 7 h after basic saturated activated carbon. Through the microwave in different power of microwave, function of activated carbon time on modification, and modified activated carbon to the pore structure and surface groups were tested, and show that the microwave processing make activated carbon surface area than little change, volume slightly narrowing. Acid group is abate, basic reactive enhanced. Modified iodine value of active carbon adsorption capacity and were increased. Using microwave technology for carbon adsorption the regeneration of experimental results show that the microwave regeneration time is very short, renewable carbon adsorption performance after good, microwave regeneration rate on renewable carbon adsorption performance the impact is not big. Through orthogonal experiment and parallel the regeneration of the optimal conditions. Compared with other renewable method, microwave method selective, low energy consumption, and efficient characteristics, is a good development prospect and advantage of renewable method.
   Key Words: activated carbon, microwave, modification, regeneration
  
   一、活性炭在水处理中的应用
  活性炭作为一种优良的吸附剂,由于它具有发达的细孔结构,巨大的比表面积,优良的吸附性能以及设备简单,操作方便,可再生等特点而被广泛的应用于水的净化处理。随着活性炭在水处理及各领域应用日趋广泛,问题也相应的出现了,饱和的活性炭不经处理即行废弃而引起了污染及资源浪费等问题,因而要寻求有效的再生方法以提高净化的水质及减少对环境的污染。
   (一)活性炭水处理的特点
  活性炭是极性的多孔吸附剂,它的作用机理是通过物理吸附为主以及部分生物降解。吸附作用主要在极大的内表面上进行,它可以从水中吸附极大部分的有机物质,是其它水处理单元工艺难以取代的。活性炭用于水处理具有如下特点:
  (1)活性炭对水中有机物有良好的吸附性能,由于其发达的细孔结构及巨大的比表面积,能够有效的去除水中的溶解性有机污染物,还对生物法及其它化學方法难以去除的有机组分如色度、臭味以及丹宁酸、木质素、乙醚、苯酚、蛋白质、亚甲基蓝—活性物质、界面活性剂(阳离子和非离子型)、微量油脂、除草剂。杀虫剂和杀菌剂等农药有良好的去除效果。
  (2)活性炭用于水处理时,对水质、水温及水量的变化有较强的适应能力,再生后可重复使用,且具有装置占地面积小,易于控制,操作简便等特点。
   (二)活性炭在水处理中的应用
  (1)污水源的净化:利用活性炭吸附水中有机物、SS、氮、颜色、除味除臭等。
  (2)有机工业废水处理:由于活性炭对水中的COD、BOD等有机物具有突出的去除能力,对一些难以被生物降解的有机物更有独特的去除效果而被用于制革废水处理、造纸染料化工废水处理、焦化废水处理及其它有机废水处理中。
  (3)无机工业废水处理:某些吸附活性炭对于废水中无机重金属离子具有一定的选择吸附能力。如颗粒状活性炭对于Ag+、Pd2+、Cd2+、CrO4-等离子的吸附去除率可达到85%以上。对其它金属离子如锑、铋、锡、汞等均具有良好的吸附能力。
   二、实验方法及装置
   (一)活性炭的预处理
  活性炭在使用前均需进行预处理,以防止活性炭受无机盐及其他杂质的干扰。首先将20—30g活性炭在5%的稀盐酸溶液中煮沸1h,滤去水分后,用去离子水冲洗至中性。在110℃下烘干24小时,然后置于密封容器中保存。
   (二)活性炭的改性及再生反应
  将原炭及吸附2,4-二氯酚后的“吸附炭”,放入石英玻璃反应器中,先通入1分钟的N2,以除去表面的物质及氧气。在N2的保护下,考察功率,微波辐照时间,活性炭用量等对改性和再生的影响。
  图1微波反应装置
  1.流量计2.微波发生器3.石英管4.冷凝器5.馏出液回收瓶6.废气吸收瓶
  
   三、活性炭的微波改性吸附
  活性炭具有发达的孔结构和较大的比表面积,是一种已在化工、石油、环保等行业得到广泛应用的吸附材料。它的性能取决于其孔隙结构和表面化学性质。活性炭表面特性的不同影响到对不同物质的吸附能力。因此,根据吸附质的不同对活性炭进行相应的改性有着重要的意义。
  通过在不同微波功率、作用时间对不同粒径活性炭进行改性,研究改性前后活性炭孔结构、表面基团、微结构的变化,以弄清微波作用对活性炭表面特性的影响。
   (一)活性炭对2,4-二氯酚的静态吸附实验
  在干净的锥形瓶中加入一定量的颗粒状活性炭,再加入一定量以及一定浓度的2,4-二氯酚溶液,放在振荡器上振荡,在常温常压条件下振荡一定时间,然后过滤,测其浓度,利用下列公式计算吸附量(q)和去除率(E)。
  q=(C0-Ce)*V/ME=( C0-Ce )/ C0*100
  q—活性炭单位质量的吸附量,mg/g;
  C0—二氯酚起始质量浓度,mg/L;
  Ce—活性炭吸附后二氯酚剩余质量浓度,mg/L;
  V—溶液体积,L; W—活性炭用量,g。
  (1)吸附时间对吸附效果的影响
  在7个锥形瓶中各加入0.4g活性炭,然后加入浓度为2000mg/L的2,4-二氯酚溶液200ml,置于振荡器上振荡。每隔一定的时间取样,测其浓度,所得实验结果如图2。
  
  图2 吸附时间对吸附效果的影响
  由图2可见,吸附初期,2,4-二氯酚在活性炭上的吸附速度很快,水中残余浓度很快下降,此后,吸附速度趋于缓慢,当吸附时间达7h时,2,4-二氯酚在活性炭上的吸附基本达到平衡,故本实验吸附平衡时间确定为7h。
  (2)pH对吸附效果的影响
  溶液pH值控制了酸性或碱性化合物的离解度,当pH值达到某个范围时,这些化合物就要离解,影响这些化合物的吸附。溶液的pH值还会影响吸附质(溶质)的溶解度,以及影响胶体物质吸附质(溶质)的带电情况。
  活性炭从水中吸附有机污染物质的效果,一般随溶液pH值增加而降低,pH值高于9.0时,不易吸附,pH值越低时效果越好。在实际应用中,通过试验确定最佳pH值范围。
  取6个锥形瓶,分别加入200ml浓度为2000mg/L的2,4-二氯酚溶液,然后加入0.4 g活性炭,用0.5%NaOH溶液和0.5%H2SO4来调节不同pH值,使其pH值分别为2.0、4.0、6.0、8.0、10.0、12.0,然后置于振荡器上振荡7h,过滤,测其浓度,试验结果如图3。
  
  图3pH对吸附效果的影响
  从图3可以看出,在pH=2-6的范围内,2,4-二氯酚的去除率较高且无明显变化,吸附效果比较理想;当pH>6,去除率很快下降,因此,本实验溶液的酸度控制在pH<6的条件下进行。
   (二)微波对原炭的改性
  (1)正交实验的设计
  由于碘值是活性炭吸附特性的基本参数,又能方便而准确的测定,所以以碘值为评价目标,研究微波功率、微波辐照时间、活性炭用量三个主要因素的影响。实验发现,微波功率低、辐照时间短,碘值变化不明显;微波功率大、辐照时间长,活性炭烧损严重。综合考虑后,按表1所示的因素及水平,列出正交表进行试验。
   表1正交实验考察的因素及水平
  水平 因 素
   微波功率(w) 微波辐照时间(min) 用量(g)
  1 700 1 2
  2 420 2 6
  3 119 3 10
  (2)改性活性炭的最优条件
  根据正交实验所示,取5g 原炭,微波辐照3min,看其碘值随功率的变化情况,如图4所示:
  如图4所示,在595W功率下,活性炭的碘值最高。因此,在此功率下,考察碘值随时间的变化曲线,见图5。
  
  图5碘值随时间的变化规律
  由图可看出,随着时间的增大,碘值明显增大,但超过4min后,碘值降低。这可能是活性炭自身聚集能量过多促使原有孔隙边上的碳被烧毁,大微孔表面积扩大。而大微孔在液相吸附时作用不大,碘值反而降低。因此,最佳条件是5g活性炭,在595W的功率下,辐照3min,对此样品进一步进行吸附和表面特性的研究。
   改性后炭的吸附容量
  取一定量的上述改性活性炭,对2,4-二氯酚进行吸附,并与原炭进行比较,详见图6。
  由前面所述可知,原炭经微波改性后,其碘值明显增大。在相同条件下,进一步比较改性炭与原炭对2,4-二氯酚的吸附等温线。由图6可知,经微波改性后,活性炭对2,4-二氯酚的吸附性提高,在低浓度时吸附性能更好,并且吸附速率明显快于原炭。
   (三)本章小结
  (1)经过微波加热和电加热改性后的活性炭的吸附量有较大增加,相同条件下,微波改性活性炭具有更高的吸附能力。
  (2)活性炭经微波加热处理后,表面微观形貌发生了较大的变化,化学基团发生了分解,碱性特征增强,表面含氧量减少,这有利于2,4-二氯酚吸附量的增加。
  (3)在微波改性活性炭的过程中,除了微波的热效应以外,还存在有微波的非热效应,使含氧官能团更易分解,使2,4-二氯酚更易吸附。
   四、微波再生方法的优越性
  (1)选择性。如前所述,微波对极性分子而言,可使极性分子温度升高,而对非极性分子则不起作用。微波加热方式与传统加热方式不同,它不需由表及里的热传导,而是通过微波在物料内部的能量耗散来直接加热物料。根据物料性质的不同,微波可以及时而有效的在整个物料内部产生热量。
  (2)低能耗。微波可对被加热物质里外一起加热,加热极快,瞬时达到高温,热损耗小、热效率高,可大量节省能量;加热均匀,微波场中温度梯度极小,故热效率高;加热速度快,只需传统方法的1/10-1/100甚至更短的时间就可以完成;由于不消耗额外的热量及蒸汽,所以工艺简单、操作方便。
  (3)高效。微波再生时间短,再生炭的吸附性能恢复良好,由于分解物质急剧蒸发时对活性炭孔隙有扩张作用,再生次数少时再生炭吸附率达到甚至超过新鲜炭。
  由以上微波法的优越性可以得出,微波法是再生活性炭的一种很有发展前景和优势的再生手段。
   五、结论
  本文采用活性炭吸附2,4-二氯酚,并利用微波技术对活性炭进行改性处理,开展了微波改性对活性炭的表面性能和吸附性能的研究,以及吸附后炭的微波加热再生,主要研究结果如下:
  (1)活性炭對2,4-二氯酚的吸附性能良好,符合Langmuir和Freundlich吸附模式。
  (2)微波对活性炭的的改性效果很好,通过对比辐射前后的表面特性的变化,发现微孔结构更加发达,表面基团酸性变弱,碱性变强,表面pH变大,更加有利于2,4-二氯酚的吸附。
  (3)通过正交实验,考察了影响碘值的影响因素为:微波功率>幅照时间>活性炭用量。改性的最优工艺条件为功率595W,微波幅照3min,活性炭质量为5g。再生后活性炭的碘值高于原炭,吸附性能也优于原炭。
  (4)对吸附后的炭进行微波加热再生,通过正交及平行实验确立了再生的最优工艺条件,功率420W,微波幅照3min,活性炭质量为5g。再生后炭的碘值增高,吸附性能良好。比较微波幅照前后活性炭上吸附的2,4-二氯酚,其去除率较高,再生效果好。
  
  参考文献:
  [1]张广禄.1997年世界活性炭概况[J].林产化工通讯,1999,33(1):7-104.
  [2]戴芳天. 活性炭在环境保护方面的应用[J]. 东北林业大学学报,2003,(02),第31卷,第2期,48-49.
  [3]齐龙. 国内活性炭应用的发展趋势[J]. 吉林林业科技 , 2002,(02):30-33.
  [4]戴芳天. 活性炭在环境保护方面的应用
  [5]聂凤明. 生物活性炭技术在水处理中的应用现状与前景[J]. 南方冶金学院报2005, (04) 26: 40-44.
  [6]赵启涛, 陈雯, 刘中华. 活性炭的应用与研究进展[J]. 昆明理工大学学报 , 2000,(05):8-12.
  [7]汤鸿,庞亚芳,李启东.改性活性炭对氨和三甲胺的吸附特性研究.环境化学,2000,19(5):431-435
  [8]黄正宏,康飞宇,吴慧,梁开明.湿氧化改性多孔炭对低浓度苯和丁酮蒸汽的吸附.清华大学学报(自然科学版),2000,40(10):111-115
  [9] 刘晨光. 活性炭吸附性在废水处理中的应用[J]. 辽宁师专学报(自然科版) , 2002,(01):89-90.
  [10] 彭金辉,杨显万.微波能技术新应用(第一版) .昆明:云南科技出版社,1998 :27-40.
  [11] 刘勇弟, 高勇, 袁渭康. 超临界流体活性炭再生技术[J]. 化工进展 , 1999,(01)47-48.
  [12] 宁平,彭金辉,高建培,张世敏.微波辐照 氯化锌法制取锯末活性炭及其对含 Cr 废水处能力研究.上海环境科学2 ,1998 ,(4) :35-37.
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