稻殼活性炭的制備及其對(duì)磷的吸附分析

武娜，任琳，李艷芳，蔡婷婷

（呂梁學(xué)院，山西呂梁033000）

稻殼活性炭的制備及其對(duì)磷的吸附分析

武娜，任琳，李艷芳，蔡婷婷

（呂梁學(xué)院，山西呂梁033000）

活性炭吸附法是重金屬廢水處理的主要工藝，同時(shí)也是對(duì)磷進(jìn)行吸附的重要方法?；钚蕴课椒ㄊ菓?yīng)用農(nóng)業(yè)廢棄物稻殼炭化之后，應(yīng)用活化、酸洗、水洗和干燥等工藝制備出來的。本文對(duì)稻殼活性炭的制備，優(yōu)化其對(duì)磷的吸附，取得了良好的效果，旨在為農(nóng)村分散性污水排放問題的解決提供參考。

稻殼活性炭；制備；磷；吸附

伴隨社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，農(nóng)村分散性污水的肆意排放日益嚴(yán)重，導(dǎo)致我國的江河湖海等出現(xiàn)了比較嚴(yán)重的水污染問題，嚴(yán)重影響了人們的生產(chǎn)生活。農(nóng)村分散地區(qū)污水排放比較大，而且污水的波及范圍和流動(dòng)性很強(qiáng)。因此，需要應(yīng)用生物生態(tài)組合的方式來處理這些污水排放問題。

現(xiàn)階段，處理農(nóng)村地區(qū)分散性污水的技術(shù)形式有人工濕地、滲槽技術(shù)、亞表層滲濾技術(shù)等。這些技術(shù)的共同點(diǎn)是應(yīng)用生態(tài)處理的方法來對(duì)污染水進(jìn)行凈化。但是，在應(yīng)用這些技術(shù)的時(shí)候還伴隨一些填料難以飽和以及飽和之后難以處理的問題，無法發(fā)揮出生態(tài)處理技術(shù)對(duì)農(nóng)村地區(qū)分散污水的處理作用。

活性炭具有發(fā)達(dá)的結(jié)構(gòu)和較強(qiáng)的吸附能力，被人們廣泛應(yīng)用于水體污染物的處理中。但是，活性炭的獲取會(huì)受到多種因素的影響，不利于進(jìn)行廣泛推廣。稻殼中含有能夠制作成活性炭的元素，是一種理想型的吸附劑原料。本文具體分析稻殼活性炭的制備及其對(duì)磷的吸附進(jìn)行優(yōu)化。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器和材料

稻殼，山西某米廠提供。

儀器和設(shè)備有馬弗爐、微型植物粉碎機(jī)、振蕩器、離子電感耦合發(fā)射光譜儀等，由山西省實(shí)驗(yàn)儀器廠提供。

材料有氯化鋅、鹽酸、磷酸二氫鉀、硫酸、鉬酸銨和酒石酸銻氧鉀等，由呂梁學(xué)院提供。

1.2 稻殼活性炭的制作和準(zhǔn)備

在選擇好稻殼樣本之后，應(yīng)用流動(dòng)的水清理稻殼上的泥土和污漬，清理完成后再次應(yīng)用自來水清洗稻殼，并對(duì)清理完成的稻殼進(jìn)行烘干操作，最后采用不同的活化方式來制備稻殼活性炭[1]。

1.3 稻殼活性炭的結(jié)構(gòu)表征

本文應(yīng)用美國生產(chǎn)的全自動(dòng)吸附分析儀測定稻殼活性炭N2吸附等溫線，比表面積由BET方程算出，稻殼活性炭中孔比表面積用t-plot的方法計(jì)算。微孔和表面積的比值不理想。稻殼活性炭中孔的容積被認(rèn)為是一種相對(duì)壓力。應(yīng)用t-plot的方法獲得0.99稻殼活性炭微容積?？讖酱笮〔捎肂ⅠH方法獲得。

1.4 稻殼活性炭的吸附試驗(yàn)

1.4.1 稻殼活性炭吸附條件的正交試驗(yàn)

稻殼活性炭吸附條件的正交試驗(yàn)主要考察的是溫度、酸堿值、振蕩時(shí)間對(duì)稻殼活性炭吸附能力的影響。稻殼活性炭的吸附試驗(yàn)各個(gè)因素水平設(shè)計(jì)具體如表1所示。

表1 稻殼活性炭的吸附條件的正交試驗(yàn)的因素水平設(shè)計(jì)

1.4.2 稻殼活性炭的吸附等溫試驗(yàn)

稻殼活性炭的吸附等溫試驗(yàn)需要稱量稻殼活性炭7份，每份0.2g，分別放入7個(gè)250mL錐形瓶子中，然后分別向瓶子中加入不同毫克的KH2PO4和KCⅠ混合溶液。之后調(diào)解完成后放置在恒溫的振蕩器上進(jìn)行振蕩操作，在振蕩工作進(jìn)行中要應(yīng)用離心機(jī)離心后吸上清液，采用科學(xué)的方法測試磷的濃度，測試平衡前后溶液中包含的濃度不同的磷吸附量[2]。

1.4.3 稻殼活性炭的吸附動(dòng)力學(xué)試驗(yàn)

稻殼活性炭的吸附動(dòng)力學(xué)試驗(yàn)需要稱量稻殼活性炭100份，每份0.2g，分別放入12個(gè)250mL錐形瓶子中，在分別向瓶子中加入1 000mg KH2PO4和KCⅠ混合溶液。調(diào)解完成后放置在恒溫的振蕩器上進(jìn)行振蕩操作，振蕩操作一定時(shí)間之后通過相應(yīng)的容器瓶來觀察操作結(jié)果，采用科學(xué)的方式對(duì)磷的濃度信息進(jìn)行測試，計(jì)算平衡前后溶液中含有的不同濃度的差來計(jì)算磷的吸附量。

2 結(jié)果與分析

2.1 稻殼基活性炭基本性質(zhì)

經(jīng)過不同的操作之后制備的稻殼基活性炭的比表面積、碘吸附值、亞甲基藍(lán)吸附值、苯酚吸附值各不相同?；钚蕴靠捉Y(jié)構(gòu)參數(shù)信息具體如表2所示。稻殼活性炭在各個(gè)指標(biāo)方面均優(yōu)于其他2種物質(zhì)。稻殼活性炭，遠(yuǎn)超過工業(yè)用水處理活性炭一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。稻殼活性炭微孔容積占據(jù)總孔容的60%。分析表明稻殼基活性炭的結(jié)構(gòu)是炭微孔和中孔，這種結(jié)構(gòu)具有較強(qiáng)的吸附能力。

表2 活性炭孔結(jié)構(gòu)參數(shù)信息

2.2 稻殼基活性炭吸附

稻殼基活性炭吸附試驗(yàn)結(jié)果具體如表3所示。由表3可以發(fā)現(xiàn)，溫度、酸堿值、振蕩時(shí)間對(duì)稻殼基活性炭吸附有著不同程度的影響。極差的大小和影響因素的重要性呈現(xiàn)出一種重要的正相關(guān)關(guān)系[3]。溫度、酸堿值、振蕩時(shí)間的極差R分別是1.00、0.16和0.19。由此可見，影響稻殼活性炭吸附磷的主要因素是溫度，最為次要的是pH值。

2.3 稻殼基活性炭吸附等溫曲線

稻殼基活性炭吸附等溫曲線是研究稻殼基活性炭吸附試驗(yàn)過程的重要依據(jù)，主要是對(duì)稻殼基活性炭吸附劑和吸附介質(zhì)平衡關(guān)系問題的一種研究，具體的模型方程如公式（1）（2）所示。

式（1）（2）中，Q代表的是稻殼基活性炭吸附量，Qmax指的是稻殼基活性炭飽和吸附量，C表示的是稻殼基活性炭吸附平衡作用下溶液磷的濃度，K和n是經(jīng)驗(yàn)常數(shù)。

在將上述的2個(gè)模型方程線性整合之后得到了線性化的方程，具體系數(shù)分析如表4所示。根據(jù)式（1）線性化方程，通過斜率計(jì)算得出稻殼活性炭對(duì)磷飽和吸附量是6.93mg/g。式（2）下的線性化方程斜率能反映吸附難易程度。線性化方程斜率在0.1～0.5時(shí)代表了比較容易吸附的特點(diǎn)。線性化方程斜率超過2時(shí)，代表了不容易吸附的特點(diǎn)。結(jié)合式（2）的線性方程可以發(fā)現(xiàn)擬合直線斜率是0.354 1，證明了稻殼活性炭對(duì)磷的吸附行為是易吸附過程。稻殼基活性炭吸附等溫曲線具體如圖1所示。由圖1可以發(fā)現(xiàn)，殼活性炭對(duì)磷吸附等溫曲線于式（1）（2）呈現(xiàn)出一陣高度擬合的情況相關(guān)系數(shù)達(dá)到了0.92[4]。

表3 稻殼基活性炭吸附試驗(yàn)結(jié)果

表4 模型方程線性整合后得到的線性化方程

圖1 磷吸附等溫曲線

3 結(jié)論

經(jīng)過綜合分析發(fā)現(xiàn)，在溫度為25℃、振蕩時(shí)間為12h、酸堿值為7的條件下，稻殼活性炭對(duì)磷吸附優(yōu)化條件最好。稻殼活性炭對(duì)磷吸附等溫曲線符合相關(guān)公式的模型要求，相關(guān)系數(shù)能夠達(dá)到0.92。這證明了稻殼活性炭對(duì)磷具有良好吸附能力，可以被人們廣泛推廣和應(yīng)用到農(nóng)村擴(kuò)散性污水治理中，擁有良好的市場發(fā)展前景。

[1]李楠,單保慶,唐文忠,等.稻殼活性炭制備及其對(duì)磷的吸附[J].環(huán)境工程學(xué)報(bào),2013,7(3):1024-1028.

[2]廖欽洪,劉慶業(yè),蒙冕武,等.稻殼基活性炭的制備及其對(duì)亞甲基藍(lán)吸附的研究[J].環(huán)境工程學(xué)報(bào),2011,32(11):2447-2452.

Preparation of Activated Carbon from Rice Husk and Its Adsorption to Phosphorus

Wu Na,Ren Lin,Li Yan-fang,Cai Ting-ting
(Luliang University,Shanxi Luliang 033000)

Activated carbon adsorption is an important method for the treatment of heavy metal wastewater,and is also an important method for adsorption of phosphorus.Activated carbon adsorption method is the application of agricultural waste rice husk carbonization,activation,pickling,washing and drying process.After practical research and analysis,the adsorption of phosphorus on rice husk activated carbon was optimized.In this paper,the preparation of activated carbon from rice husk and its adsorption to phosphorus were studied.

Rice husk activated carbon;Preparation;Phosphorus;Adsorption

X703

A

2096-0387（2017）03-0032-03

武娜（1987-），女，山西呂梁人，碩士，助教，研究方向：活性炭制備及吸附。