夏偉欽++李豪鵬++虞家穗++許肯++劉志挺
摘 要:研究了板藍(lán)根藥渣活性炭對溶液中砷的吸附特性,結(jié)果表明:板藍(lán)根藥渣活性炭能快速大量地吸附砷,吸附率高達(dá)89.9%。溶液pH、溫度、活性炭粒度是影響吸附的重要因素,其適宜的pH范圍為3.0~4.0,溫度在25℃左右,粒度在160~200目。通過對板藍(lán)根采用物理化學(xué)聯(lián)合活化法進(jìn)行改性,能有效提高板藍(lán)根藥渣活性炭吸附砷的能力,對重金屬砷吸附量大、選擇性強(qiáng)。
關(guān)鍵詞:板藍(lán)根 藥渣 活性炭 吸附 砷
中圖分類號(hào):X703 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1674-098X(2017)08(b)-0132-02
重金屬廢水的處理方法有沉淀法、生物法和吸附法。沉淀法對于濃度低的重金屬處理效果差,且需要大量沉淀劑,引起二次污染。生物法的機(jī)械強(qiáng)度弱,化學(xué)穩(wěn)定性差,且不易回收。只有吸附法是去除廢水重金屬的良好方法。活性炭是一種優(yōu)良的重金屬吸附劑,其生產(chǎn)原料主要有木材、煤炭,但由于資源限制,目前已轉(zhuǎn)向農(nóng)業(yè)副產(chǎn)物如果殼、秸稈等,但數(shù)量仍然較少,尚不能滿足市場對活性炭的需求。普通活性炭雖可用作重金屬的吸附劑,但吸附量小,選擇性差,且難以回收再利用。秦恒飛[1]、趙梅青[2]等分別用Na2S·HNO3和高錳酸鉀處理活性炭,可以提高廢水中重金屬的去除率。但上述方法用到的強(qiáng)酸和強(qiáng)氧化劑也會(huì)污染環(huán)境,加上廢水組成差異較大,一般活性炭難以對廢水中重金屬產(chǎn)生良好的選擇性吸附效果。飽和吸附后的活性炭通過酸堿和高溫處理,雖可再生,但造成活性炭結(jié)構(gòu)破壞,吸附性能顯著下降,且不能回收所吸附的重金屬。
中藥生產(chǎn)在我國制藥工業(yè)中占重要地位,由于大多數(shù)中藥屬于植物類藥材,中藥生產(chǎn)一般采用溶劑提取活性成分后,將藥渣廢棄不用。大量中藥渣采用傳統(tǒng)的處理方法如焚燒、填埋或堆放,導(dǎo)致了資源浪費(fèi)和環(huán)境污染。將中藥廢渣制成活性炭可以充分利用中藥廢棄資源,變廢為寶。板藍(lán)根是中國傳統(tǒng)中藥,歷代本草有記載,是十字花科植物菘藍(lán)的干燥根,具有清熱解毒、涼血利咽等功效,用于流行性腮腺炎、風(fēng)熱感冒、紅眼病、面部平疣、咽喉腫爛、肝炎等多種疾病的治療,用量很大[3]。板藍(lán)根藥材資源仍屬于資源消耗量大、利用效率和產(chǎn)出效益低、廢物排放量大的傳統(tǒng)生產(chǎn)方式,若能將其合理有效地加以利用,就能有效延伸資源經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)鏈,提升資源利用效益,減輕生態(tài)壓力,對綠色發(fā)展的現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展都將具有不可忽視的意義。板藍(lán)根藥渣富含大量纖維素、半纖維素、木質(zhì)素等高分子和一定量的活化成分,因此能有效制備木炭,還可以通過改性劑來改性其吸附能力。本文研究板藍(lán)根藥渣活性炭對溶液中砷的吸附特性,為開發(fā)板藍(lán)根藥渣活性炭作為高效生物吸附劑提供理論依據(jù)和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。
1 實(shí)驗(yàn)部分
1.1 試劑和儀器
濃硫酸、硝酸、鹽酸、亞砷酸鈉、碳酸鈉、碳酸氫鈉均為分析純。
主要儀器:PHS-30型酸度計(jì)、SBS-11S調(diào)速多用振蕩器、極譜儀。
1.2 板藍(lán)根藥渣活性炭制備
將板藍(lán)根藥渣置于一個(gè)不銹鋼反應(yīng)器中加熱到200℃恒溫保持60min,再升溫到1000℃保溫45min,然后通入水蒸汽活化1h,所得樣品加入體積分?jǐn)?shù)50%的過氧化氫水溶液,加熱至150℃氧化反應(yīng)1h,再降溫至65℃,加入甲基丙烯酸、甲基丙烯酸二甲氨基乙酯及蒸餾水,攪拌均勻,恒溫反應(yīng)5h,烘干后即得所需改性活性炭。
1.3 吸附實(shí)驗(yàn)方法
在500mL三角瓶里加入2g板藍(lán)根藥渣活性炭,加入配制成一定濃度的NaAsO2溶液100mL,調(diào)節(jié)pH至所需值,放入搖床,在恒溫下以120r/min的振蕩頻率振蕩吸附一定時(shí)間,使其吸附至平衡后過濾,采用化學(xué)滴定法測定濾液中剩余砷的濃度。
1.4 吸附率和吸附量的計(jì)算
吸附率為R(%)=(1-c/c0)100%,吸附量為q(mg/g)= (c0-c)/m,其中c0為吸附前溶液中砷的濃度(mg/L),c為吸附后溶液中砷的濃度(mg/L),m為吸附劑的用量(g/L)。
2 結(jié)果和討論
2.1 吸附時(shí)間對吸附效果的影響
吸附過程中砷濃度隨時(shí)間的變化情況如表1所示。
表1表明,板藍(lán)根藥渣活性炭在吸附30min后最高吸附量為87.1%,說明吸附速度比較快,同時(shí)吸附可使溶液中的砷濃度降低到<0.2mg/L以下,吸附率可達(dá)89.8%以上。隨著吸附時(shí)間的增長吸附量逐漸增大。在吸附進(jìn)行2.5h后吸附量趨于平衡,吸附時(shí)間等于2.5h的吸附率與吸附3h后的相同,考慮吸附時(shí)間盡可能短,故吸附平衡時(shí)間定為2.5h。
2.2 pH對吸附效果的影響
pH對板藍(lán)根藥渣活性炭吸附砷的影響見表2,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:在pH3.0~4.0時(shí),板藍(lán)根藥渣活性炭對廢水溶液中的砷有很高的吸附率,可達(dá)89.9%以上。不同pH時(shí),活性炭對砷的吸附效果差異也較大。pH值為2.0~6.0時(shí),吸附容量隨pH值得變化規(guī)律是先增大后逐步平緩,當(dāng)pH在3.0~4.0之間時(shí),活性炭對砷的吸附則出現(xiàn)了一個(gè)“吸附平臺(tái)”,即在這個(gè)pH范圍內(nèi),吸附后溶液中的砷濃度變化不大,而且在這個(gè)“吸附平臺(tái)”中溶液中的砷濃度值也最低,吸附率卻最高。原因是有可能發(fā)生了吸附后的解吸現(xiàn)象。
2.3 溫度對吸附效果的影響
表3為不同溫度時(shí),板藍(lán)根藥渣活性炭吸附溶液中砷的吸附率結(jié)果。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:在10℃~25℃的吸附率較高,而升高溫度則吸附率有所降低,選擇25℃左右的溫度范圍較為合適,其吸附效果也比較理想;在溫度不大于30℃時(shí),溫度對吸附率的影響并不顯著,但仍呈現(xiàn)隨溫度升高而下降的規(guī)律,溶液溫度的升高會(huì)對活性炭吸附砷的能力產(chǎn)生抑制作用。另外,表中數(shù)據(jù)也說明低溫有利于吸附而高溫則有利于解吸,從這一點(diǎn)也可以推斷出,活性炭對溶液中砷的吸附為物理吸附。
2.4 活性炭粒度對吸附效果的影響
活性炭粒度對吸附率的影響如表4所示,由表4可知,不管是哪個(gè)粒度范圍內(nèi)的板藍(lán)根藥渣活性炭,其對溶液中的砷的吸附率都達(dá)85%。這說明板藍(lán)根藥渣活性炭對溶液中砷具有很好的吸附效果。粒度范圍在160~200目之間的,活性炭其吸附率最高,這是因?yàn)榛钚蕴勘砻嬗泻芏噍^多孔隙,粒度越小其比表面積則越大,可供吸附的活性位數(shù)量多,因而有利于吸附,但也并非粒度越小吸附就越好,粒度越小,會(huì)造成顆粒的堆積造成吸附位的聚集,導(dǎo)致活性炭的可利用總表面積減少而吸附率降低。
3 結(jié)論
(1)板藍(lán)根藥渣活性炭對溶液中的砷具有良好的吸附效能,可使溶液中的砷濃度從2.0mg/L降低到0.20mg/L以下。吸附與溫度、pH值和活性炭粒度都有密切關(guān)系,活性炭的比表面積越大吸附率越高;低pH時(shí),吸附率較高,高pH值時(shí)產(chǎn)生解吸,吸附率下降。其適宜的pH范圍為3.0~4.0,溫度在25℃左右,粒度在160~200目。
(2)以板藍(lán)根藥渣為原料,采用物理化學(xué)聯(lián)合活化法制備活性炭可以使中藥渣由低附加值轉(zhuǎn)化為高附加值產(chǎn)品,通過循環(huán)利用獲得高附加值的資源性活性炭并延伸為再生產(chǎn)業(yè),拓寬活性炭生產(chǎn)的原料來源,實(shí)現(xiàn)了板藍(lán)根藥渣的轉(zhuǎn)化增效,為中藥渣的資源化利用開辟了新途徑。將板藍(lán)根藥渣活性炭用于處理重金屬廢水,可實(shí)現(xiàn)較好的處理效果,利用板藍(lán)根藥渣制備活性炭具有提升資源化潛力,開發(fā)高附加值的資源性產(chǎn)品,在吸附處理含砷廢水方面有著良好的前景。
參考文獻(xiàn)
[1] 秦恒飛,劉婷逢,周建斌.Na2S·HNO3改性活性炭對水中低濃度Pb2+吸附性能的研究[J].環(huán)境工程學(xué)報(bào),2011,5(2):306-310.
[2] 趙梅青,馬子川,張立艷,等.高錳酸鉀改性對顆活性炭吸附Cu2+的影響[J].金屬礦山,2008(11):110-113.
[3] 崔樹玉,薛原,楊建莉,等.板藍(lán)根研究進(jìn)展[J].中草藥,2001,32(7):670.endprint