濃硫酸改性活性炭對(duì)模擬廢水中苯酚的吸附研究

李 明，王 璐

(1 臨沂市環(huán)境監(jiān)測(cè)站，山東 臨沂 276000；2 臨沂市第九中學(xué)，山東 臨沂 276000)

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濃硫酸改性活性炭對(duì)模擬廢水中苯酚的吸附研究

李 明1，王 璐2

(1 臨沂市環(huán)境監(jiān)測(cè)站，山東 臨沂 276000；2 臨沂市第九中學(xué)，山東 臨沂 276000)

采用濃硫酸改性活性炭作吸附劑，研究其對(duì)模擬廢水中苯酚的吸附性能。結(jié)果表明：在35 ℃，含酚廢水初始濃度0.8 g/L，改性活性炭用量1.0 g，吸附時(shí)間20 min的條件下，改性活性炭對(duì)水中苯酚的去除率達(dá)到96.2%，相對(duì)于未改性的活性炭，其吸附效果有了較大的提高，且該吸附劑重復(fù)使用5次后的去除率仍達(dá)70.0%。實(shí)驗(yàn)證明，濃硫酸改性的活性炭可作為優(yōu)良的吸附劑處理廢水中的苯酚。

改性活性炭；苯酚；吸附；去除率

近年來(lái)，突發(fā)性含酚廢水污染事件時(shí)有發(fā)生，對(duì)城市和農(nóng)村飲用水水質(zhì)安全產(chǎn)生嚴(yán)重威脅[1]，不經(jīng)過(guò)處理排放，會(huì)對(duì)水體、魚(yú)類以及農(nóng)作物帶來(lái)嚴(yán)重影響[2]，人體攝入一定量時(shí)，可出現(xiàn)急性中毒癥狀，它能與人體或生物活體的蛋白質(zhì)結(jié)合使其變性， 最終導(dǎo)致組織損傷、 壞死，引起生物中毒，長(zhǎng)期飲用被酚污染的水，可引起頭昏、瘙癢、貧血及各種神經(jīng)系統(tǒng)癥狀[3]。世界各國(guó)對(duì)飲用水中苯酚含量均有嚴(yán)格控制，我國(guó)城市供水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定飲用水中揮發(fā)酚含量不得超過(guò)0.002 mg/L[4]。因此，尋求一種合理的處理苯酚廢水的方法具有重要意義。

目前，除去廢水中的苯酚的方法有生物降解、光催化降解、萃取法、化學(xué)氧化法和吸附法等。其中吸附法以其操作簡(jiǎn)便、成本低廉而備受關(guān)注，并且大多數(shù)吸附劑可回收、可重復(fù)使用，尤其適合于低濃度有機(jī)污染物的處理等優(yōu)點(diǎn)[5-6]。

活性炭是一種制備簡(jiǎn)單、制取成本低、無(wú)毒、吸附性能高、吸附速度快、可循環(huán)使用的常見(jiàn)吸附劑，近年來(lái)化學(xué)家們?cè)谕ㄟ^(guò)對(duì)活性炭表面改性，不斷地?cái)U(kuò)展其應(yīng)用范圍。目前已有果殼活性炭[7]、顆?；钚蕴縖8]、粉末活性炭[9]、氨水改性活性炭[10]、Fe改性活性炭[11]等吸附廢水中苯酚的研究，結(jié)果表明：活性炭是一類良好的吸附劑，它具有較大的比表面積和豐富的孔結(jié)構(gòu)，有利于吸附反應(yīng)進(jìn)行。然而，濃硫酸改性活性炭的吸附研究相對(duì)較少，對(duì)廢水中苯酚的吸附還未見(jiàn)報(bào)道。因此，探討用濃硫酸改性活性炭吸附廢水中的苯酚是一項(xiàng)有意義的工作。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 主要儀器和試劑

BS 224 S型電子天平，賽多利斯科技儀器公司；紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì)，北京普析通用儀器有限責(zé)任公司；SHZ-C型水浴恒溫振蕩器，上?，槴\實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司；DHG-924OA型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱，上海鴻都電子科技有限公司；研缽，250 mL錐形瓶，塑料薄膜，分液漏斗。苯酚、濃硫酸均為分析純。

1.2 活性炭預(yù)處理

活性炭首先用蒸餾水沖洗以去除其表面上的可溶性雜質(zhì)，再用濃硫酸浸泡2 h，然后用大量蒸餾水沖洗，直至其pH接近中性。將改性后的活性炭放入120 ℃的烘箱中烘干，取出后在干燥器中冷卻至室溫，備用。

1.3 測(cè)定最大吸收波長(zhǎng)和繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線

利用紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì)通過(guò)光譜掃描測(cè)定濃度為1 g/L苯酚溶液的最大波長(zhǎng)，所得最大波長(zhǎng)λ=268 nm。配制一系列不同濃度的苯酚溶液，在最大波長(zhǎng)下以蒸餾水為參比分別測(cè)定各濃度溶液的吸光度值，并做吸光度與濃度的關(guān)系曲線，得到的線性回歸方程：A=14.299C+0.0493，R2=0.9999。

1.4 吸附試驗(yàn)方法

在一組250 mL錐形瓶中，各加入25 mL，1 g/L的苯酚溶液，再分別加入準(zhǔn)確稱量的改性活性炭并用薄膜封口。在給定溫度下，以150 r/min振蕩一定時(shí)間，并以空白實(shí)驗(yàn)溶液做參比溶液，通過(guò)紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì)測(cè)定各濃度下的吸光度，并根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線公式及下式計(jì)算去除率。

2 結(jié)果與討論

2.1 改性活性炭用量對(duì)苯酚去除率的影響

在一組裝有25 mL，1 g/L的苯酚溶液的錐形瓶中分別加入0.25 g、0.5 g、0.75 g、1.0 g、1.25 g、1.5 g的改性活性炭，在25 ℃條件下振蕩15 min，過(guò)濾后分析溶液中剩余苯酚溶液的濃度，考察改性活性炭用量對(duì)苯酚溶液去除率的影響，結(jié)果如圖1所示。

圖1 吸附劑用量對(duì)苯酚去除率的影響

由圖1可知，隨著吸附劑用量的增加，去除率先增加后趨于平緩，這可能是因?yàn)楫?dāng)吸附劑用量較小時(shí)，其對(duì)水中苯酚的吸附?jīng)]有達(dá)到飽和；而當(dāng)對(duì)苯酚的吸附達(dá)到飽和狀態(tài)時(shí)[12]，去除率趨于平緩。因此，可以看出當(dāng)改性活性炭加入量為1.0 g時(shí)，吸附效果最佳。

2.2 吸附時(shí)間對(duì)苯酚去除率的影響

在一組裝有25 mL，1 g/L的苯酚溶液的錐形瓶中，各加入1.0 g改性活性炭，在溫度為25 ℃條件下分別振蕩5 min、10 min、15 min、20 min、25 min，過(guò)濾后分析溶液中剩余苯酚溶液的濃度，考察吸附時(shí)間對(duì)苯酚溶液去除率的影響，結(jié)果如圖2所示。

從圖2中可以看出，改性活性炭對(duì)水溶液中苯酚的吸附去除速度較快。在吸附開(kāi)始的前10 min，去除率迅速上升，其去除率達(dá)近75%；15 min之后隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，去除率上升緩慢，在20 min時(shí)吸附基本達(dá)到平衡，之后吸附率基本保持不變。因此本實(shí)驗(yàn)吸附振蕩時(shí)間選擇20 min。

圖2 吸附時(shí)間對(duì)苯酚去除率的影響

2.3 吸附溫度對(duì)苯酚去除率的影響

在一組裝有25 mL，1 g/L的苯酚溶液的錐形瓶中，各加入1.0 g改性活性炭，分別在溫度為20 ℃、25 ℃、30 ℃、35 ℃、40 ℃、條件下振蕩20 min，過(guò)濾后分析溶液中剩余苯酚溶液的濃度，考察吸附溫度對(duì)苯酚溶液去除率的影響，結(jié)果如圖3所示。

圖3 吸附溫度對(duì)去除率的影響

由圖3可知，在所測(cè)溫度范圍內(nèi)，改性活性炭對(duì)苯酚溶液的去除率隨溫度升高而上升。表明吸附為吸熱過(guò)程，溫度升高有利于吸附的進(jìn)行[1]。35 ℃時(shí)去除率趨于平衡，苯酚去除率達(dá)到88.1%。

2.4 苯酚初始濃度對(duì)去除率的影響

圖4 苯酚初始濃度對(duì)去除率的影響

一組裝有1.0 g改性活性炭的錐形瓶中，分別取濃度為0.32 g/L(8 mL)、0.48 g/L(12 mL)、0.64 g/L(16 mL)、0.8 g/L(20 mL)、0.96 g/L(24 mL)的苯酚溶液，并定容至25 mL，在溫度為35 ℃條件下振蕩20 min，過(guò)濾后分析溶液中剩余苯酚溶液的濃度，考察苯酚初始濃度對(duì)苯酚溶液去除率的影響，結(jié)果如圖4所示。

由圖4可知，苯酚的初始濃度與去除率成正相關(guān)，起初因苯酚溶液濃度過(guò)低，去除效果一般。但之后去除率隨苯酚初始濃度的增加而增加，最后趨于平緩。因此初始濃度為0.8 g/L時(shí)，苯酚的去除效果最好，去除率可達(dá)96.2%。

2.5 最佳條件下的平行實(shí)驗(yàn)

在裝有25 mL，0.8 g/L的苯酚溶液的錐形瓶中，各加入1.0 g預(yù)處理好的改性活性炭，在溫度為35 ℃條件下振蕩20 min，在此條件下進(jìn)行了5次平行實(shí)驗(yàn)，過(guò)濾后分析溶液中剩余苯酚溶液的濃度，計(jì)算去除率，結(jié)果如圖5所示。

圖5 最佳條件下的平行實(shí)驗(yàn)對(duì)去除率的影響

由圖5可知，5組實(shí)驗(yàn)的去除率均在96.0%以上，基本保持不變，說(shuō)明由單因素法所得到的最佳反應(yīng)條件是穩(wěn)定可靠的。

2.6 吸附劑的重復(fù)使用實(shí)驗(yàn)

由于改性活性炭易于與苯酚溶液分離，因此可通過(guò)過(guò)濾得到吸附劑。在上述最佳反應(yīng)條件下回收的吸附劑經(jīng)蒸餾水浸泡洗滌，在100 ℃下烘干后重復(fù)使用，結(jié)果如圖6所示。

圖6 優(yōu)化條件下吸附劑的重復(fù)使用實(shí)驗(yàn)

由圖6可以看出，濃硫酸改性活性炭在重復(fù)使用了5次后仍然具有很好的吸附性能，苯酚的去除率達(dá)到70.0%以上。這是因?yàn)樗哂休^大的比表面積和豐富的孔結(jié)構(gòu)，說(shuō)明該吸附劑具有很好的重復(fù)利用性。

2.7 不同吸附劑吸附性能的比較

文獻(xiàn)報(bào)道的用于吸附苯酚的吸附劑較多，表1分別列出了廢棄茶葉[13]、粉煤灰[14]和糠醛渣[15]、改性前后活性炭作吸附劑對(duì)苯酚吸附的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

表1 不同吸附劑對(duì)苯酚吸附效果的比較

從表1可以看出，用不同的吸附劑對(duì)廢水中苯酚的吸附，其使反應(yīng)條件和去除率有較大差異。與改性活性炭相比，廢棄茶葉雖然成本低、但是吸附效果較差，且吸附時(shí)間長(zhǎng)。用粉煤灰作吸附劑雖然去除率相比廢茶葉較高，但是粉煤灰用量太大，吸附時(shí)間較長(zhǎng)。用糠醛渣作吸附劑，與改性活性炭相比較，用量較多且吸附效果低于改性活性炭。未改性活性炭在相同的實(shí)驗(yàn)條件下，吸附效果明顯不如改性后活性炭。另外，改性活性炭可循環(huán)使用、吸附速度快，且該吸附劑還易于與產(chǎn)物分離，后處理簡(jiǎn)便快捷，充分顯示了它的優(yōu)越性。

3 結(jié) 語(yǔ)

(1)當(dāng)濃硫酸改性活性炭的加入量為1.0 g，吸附時(shí)間20 min，吸附溫度35 ℃，初始濃度為0.8 g/L時(shí)，改性活性炭對(duì)苯酚的去除率可達(dá)96.2%。

(2)通過(guò)對(duì)改性活性炭后處理，重復(fù)使用5次后去除率可達(dá)70.0%。因此，濃硫酸改性活性炭是一種處理廢水中的苯酚的優(yōu)良吸附劑。

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Adsorption of Phenol from Wastewater with Activated Carbons Modified by Concentrated Sulfuric Acid

LIMing1,WANGLu2

(1 Environmental monitor station of Linyi, Shandong Linyi 276000;2 No.9 Middle School of Linyi, Shandong Linyi 276000, China)

A new adsorbent was synthesized from activated carbon which was modified by concentrated sulfuric acid and the performance of the adsorbent for phenol was carried out.The experimental results showed that the optimal absorption conditions were as follows: when the adsorption temperature was 35 ℃, the initial concentration of phenol was 0.8 g/L, the adsorbent dosage was 1.0 g and the adsorption time was 20 min, the removal rate was up to 96.2%. Compared with the unmodified activated carbon, the adsorption effect was greatly improved.What’s more, the adsorbent was reused after 5 times, the removal rate was still up to more than 70.0%.Experiments showed that the activated carbon treated by sulfuric acid acts as a good adsorbent in the performance of adsorption for phenol.

modified activated carbons; phenol; adsorption; removal rate

李明(1981-)，男，碩士研究生，主要從事環(huán)境監(jiān)測(cè)與水處理方面的研究工作。

O661

A

1001-9677(2016)019-0117-04