油墨廢水去除COD用竹炭的活化與再生

吳秋艷，操婷婷，沈宏坤，趙茹茹

（池州學(xué)院 材料與化學(xué)工程系，安徽 池州247000）

油墨廢水去除COD用竹炭的活化與再生

吳秋艷，操婷婷，沈宏坤，趙茹茹

（池州學(xué)院 材料與化學(xué)工程系，安徽 池州247000）

近年來油墨廢水的排放量日漸增多，其化學(xué)需氧量（COD）超標(biāo)現(xiàn)象嚴(yán)重。而竹炭具有良好的吸附能力，在油墨廢水處理方面有著廣泛的應(yīng)用前景。為了提高竹炭吸附去除油墨廢水中COD的能力，對(duì)竹炭的氫氧化鈉活化及高溫烘焙再生進(jìn)行了研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：氫氧化鈉活化的最佳條件為4.0mol/L氫氧化鈉浸泡24h，竹炭經(jīng)活化處理后，對(duì)油墨廢水COD的吸附率有顯著提升；竹炭再生的最佳條件為400℃下烘焙60 min，二次再生率可達(dá)89%。

竹炭；活化；再生；化學(xué)耗氧量（COD）

前言

水性油墨簡(jiǎn)稱水墨，水性油墨是用水作為主要溶劑或分散介質(zhì)來代替?zhèn)鹘y(tǒng)油墨中占30%～70%的有毒有機(jī)溶劑，可以大大降低生產(chǎn)過程中有機(jī)溶劑的使用量，減小對(duì)油墨制造者和印刷操作者的健康損害，減少釋放到空氣中的揮發(fā)性有機(jī)物的量，是一種新型綠色印刷材料[1]。隨著環(huán)保要求的不斷提高，水性油墨的發(fā)展相當(dāng)迅速。但是在水性油墨的生產(chǎn)和應(yīng)用過程中，由于設(shè)備清洗會(huì)產(chǎn)生一定數(shù)量的廢水，此廢水的特點(diǎn)是成分復(fù)雜、色度很高、COD值較大、難生物降解，直接排放會(huì)對(duì)水體造成嚴(yán)重的污染[2]。因此采取必要措施減少油墨廢水對(duì)環(huán)境的影響是迫在眉睫。國(guó)內(nèi)外對(duì)油墨廢水的處理已做了大量的研究，物理法、化學(xué)法，生物法都有被采用，主要有吸附、氣浮、超濾、化學(xué)混凝、鐵屑微電解、光催化氧化、化學(xué)氧化、水解酸化或各工藝組合[3]，各有其優(yōu)缺點(diǎn)。竹炭質(zhì)地堅(jiān)硬，細(xì)密多孔，具有較大的比表面積和很強(qiáng)的吸附性，已在水質(zhì)處理等領(lǐng)域有所應(yīng)用[4-10]。我國(guó)的竹資源豐富，勞動(dòng)力成本低，具有生產(chǎn)竹炭的天然優(yōu)勢(shì)。因此，利用竹炭處理油墨廢水具有較好的應(yīng)用前景。

為了提高竹炭對(duì)油墨廢水COD的吸附效果，本實(shí)驗(yàn)以池州某造紙企業(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的油墨廢水為研究對(duì)象，探究了竹炭的活化及再生處理對(duì)其吸附的影響，確定了活化和再生的最佳條件，為竹炭在油墨廢水處理方面的應(yīng)用提供了一定的理論依據(jù)。

1 實(shí)驗(yàn)材料與方法

1.1 儀器與試劑

儀器：

WK-150A小型超微粉碎機(jī) （山東省青州市精誠(chéng)機(jī)械制造有限公司）；DH6-924385-Ⅲ電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱 （上海新苗醫(yī)療器械制造有限公司）；SHB-3循環(huán)水多用真空泵 （鄭州杜甫儀器廠）；FA2104N電子天平(上海菁海儀器有限公司)；SXL-1008程控箱式電爐（上海精宏實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司）

試劑：

實(shí)驗(yàn)所用試劑重鉻酸鉀、鄰菲羅啉、六水硫酸亞鐵銨、七水硫酸亞鐵、硫酸銀、氫氧化鈉、濃硫酸和鹽酸等，均為分析純。

1.2 竹炭的活化

稱取一定量的竹炭粉末浸泡于氫氧化鈉溶液中，固液比為1:10，用水漂洗至中性，在105℃干燥兩小時(shí)，備用。

1.3 竹炭的再生

將吸附飽和的竹炭粉末(未經(jīng)活化處理)置于箱式電爐中高溫焙烘再生。

1.4 指標(biāo)測(cè)試

1.4.1 竹炭對(duì)油墨廢水COD的吸附

稱取竹炭粉末4.0 g于錐形瓶中，加入1:6稀釋后的100 mL油墨廢水試樣，攪拌吸附1 h，過濾，測(cè)定竹炭吸附前后的油墨廢水COD值。

采用河道修復(fù)技術(shù)時(shí)，可以種植優(yōu)良水生植物以及具有修復(fù)水環(huán)境功能的水草，借助其自然功能改善水體環(huán)境，同時(shí)對(duì)河流中的磷、氮元素的控制也有一定的控制作用，最終達(dá)到降低河流中過量營(yíng)養(yǎng)元素、保障水體水質(zhì)的效果。

1.4.2 COD采用重鉻酸鉀法（CB11914-89）測(cè)定竹炭對(duì)油墨廢水中COD的吸附率按下式計(jì)算：

式中，η為竹炭對(duì)油墨廢水COD的吸附率；

C0為竹炭吸附前油墨廢水的COD初始濃度（mg/L）；

Ce為竹炭吸附后油墨廢水的COD濃度（mg/L）。

2 結(jié)果與討論

2.1 氫氧化鈉浸泡法活化

為了提高竹炭的吸附能力，采用氫氧化鈉對(duì)竹炭進(jìn)行了活化處理。分別考察了活化時(shí)間及氫氧化鈉濃度對(duì)竹炭的活化效果的影響。

2.1.1 活化時(shí)間 竹炭在3 mol/L氫氧化鈉中浸泡活化不同時(shí)間（6 h、12 h、18 h、24 h、30 h）后對(duì)油墨廢水COD的吸附率見圖1。

圖1 氫氧化鈉活化時(shí)間對(duì)竹炭活化效果的影響

由圖1可以看出，隨著氫氧化鈉浸泡活化時(shí)間的延長(zhǎng)，竹炭對(duì)油墨廢水COD的吸附率逐漸提高，24 h后基本達(dá)到平穩(wěn)。

2.1.2 氫氧化鈉濃度 竹炭在不同濃度的氫氧化鈉溶液中 （1.0 mol/L、2.0 mol/L、3.0 mol/L、4.0 mol/L、6.0 mol/L）浸泡活化24 h后，竹炭對(duì)油墨廢水COD的吸附率見圖2。

由圖2可以看出，隨著氫氧化鈉濃度的不斷增大，竹炭對(duì)油墨廢水COD的吸附率不斷提高，氫氧化鈉濃度為4.0 mol/L時(shí)，COD吸附率達(dá)到最大，之后略有下降。

圖2 氫氧化鈉濃度對(duì)竹炭活化效果的影響

由此可見，氫氧化鈉浸泡法對(duì)竹炭的活化效果明顯。這主要是由于經(jīng)過氫氧化鈉活化的竹炭表面堿性含氧基團(tuán)大量增加，增強(qiáng)表面的非極性，從而提高竹炭對(duì)非極性物質(zhì)的吸附性能，在一定程度上有助于對(duì)某些污染物質(zhì)特別是有機(jī)物的吸附[11]。

2.2 竹炭再生

為了研究竹炭的重復(fù)利用率，采用高溫烘焙法對(duì)竹炭進(jìn)行了再生處理。分別考察了烘焙溫度及烘焙時(shí)間對(duì)商品竹炭的再生效果的影響。

2.2.1 烘焙溫度 吸附飽和的竹炭分別在不同溫度下 （300℃、350℃、400℃、450℃、500℃） 烘焙60 min后對(duì)油墨廢水中COD的吸附率見圖3。

圖3 烘焙溫度對(duì)竹炭再生效果的影響

由圖3可以看出，在烘焙時(shí)間為60 min時(shí)，隨著烘焙溫度的升高，竹炭對(duì)油墨廢水COD的吸附率先增大后減小，在400℃時(shí)吸附率最高。

2.2.2 烘焙時(shí)間 吸附飽和的竹炭在溫度為350℃時(shí)烘焙不同時(shí)間后 （20 min、40 min、60 min、80 min）對(duì)油墨廢水中COD的吸附率見圖4。

圖4 烘焙時(shí)間對(duì)竹炭再生效果的影響

從圖4可以看出，在烘焙溫度為350℃時(shí)，隨著烘焙時(shí)間的延長(zhǎng)，竹炭對(duì)油墨廢水COD的吸附率先增加后降低，烘焙60 min時(shí)吸附率最高。

總體看來，高溫烘焙法再生效果較好。在高溫下，竹炭吸附的各種污染物發(fā)生解吸，并且大部分被炭化分解，竹炭的空隙得到疏通釋放，從而可以再次利用。但是由于隨著溫度升高，竹炭的灰份也隨之增加，竹炭的孔隙可能發(fā)生坍塌，部分物質(zhì)炭化沉積，比表面積和孔容減小，竹炭的吸附率也就降低[12]。因此，最適宜的烘焙溫度應(yīng)選擇400℃。而烘焙時(shí)間過長(zhǎng)，竹炭的部分孔隙可能被炭化所損壞，導(dǎo)致吸附率下降。所以，竹炭再生的烘焙時(shí)間應(yīng)選擇60 min為宜。

與再生之前竹炭的COD吸附率（40.3%）比較，再生之后竹炭的吸附率反而增高。這可能主要是因?yàn)橹裉课降奈廴疚镌诟邷靥炕^程中又形成了新的孔隙，并且實(shí)驗(yàn)所用竹炭為土窯燒制，不能精確地控制炭化溫度，炭化不完全，孔隙沒有完全打開。經(jīng)過高溫再生后，炭化程度提高，竹炭的比表面積增大，所以導(dǎo)致竹炭對(duì)COD的吸附率較再生前升高。將一次再生后吸附飽和的竹炭進(jìn)行二次再生，再生率可達(dá)到89%，仍然保持了較高的吸附能力。

3 結(jié)論

綜上所述，采用氫氧化鈉活化處理以后的竹炭對(duì)油墨廢水COD的吸附能力有較大的提高，最佳的活化處理工藝是4.0 mol/L氫氧化鈉浸泡 24 h。而竹炭經(jīng)過高溫烘焙再生后，仍能保持較高的COD吸附率，最佳再生條件為：400℃烘焙60min。

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[責(zé)任編輯：錢立武]

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1674-1104(2014)03-0031-03

10.13420/j.cnki.jczu.2014.03.009

2013-12-04

池州學(xué)院研究生引進(jìn)項(xiàng)目（2010RC001）；安徽省級(jí)大學(xué)科技創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目（AH201311306141）。

吳秋艷（1984-），女，安徽石臺(tái)人，池州學(xué)院材料與化學(xué)工程系，助理實(shí)驗(yàn)師，碩士，主要從事環(huán)境化學(xué)與環(huán)境監(jiān)測(cè)方向的研究工作。