水蜜桃核活性炭的制備及吸附性能研究

張煜　曾令文　魏雷

摘要：以水蜜桃核為原料、氯化鋅為活化劑制備活性炭。通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定了活性炭制備最優(yōu)條件，將最優(yōu)條件下制備的活性炭進(jìn)行了表征，并用其處理水蜜桃酒清洗廢水。結(jié)果表明，制備最佳條件為：活化溫度500 ℃，活化時(shí)間2 h，活化劑濃度40 %，桃核粒徑50～60目。該條件下制備出的活性炭亞甲基藍(lán)吸附值為183.33 mg/g，比表面積為1 226.55 m?/g，孔容為0.642 cm3/g，廢水COD去除率達(dá)94.33 %。

關(guān)鍵詞：水蜜桃核;活性炭;制備;廢水處理

中圖分類(lèi)號(hào)：X703 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-672X（2020）06-0-02

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2020.06.070

Study on the preparation and adsorption properties of peach pit activated carbon

Zhang Yu1， Zeng Lingwen2，Wei lei2

（1.School of Environmental & Safety Engineering，Changzhou University，Changzhou Jiangsu 213164，China;

2.Urban and Rural Mine Research Institute， Changzhou University ，Changzhou Jiangsu 213164，China）

Abstract：The activated carbon was prepared by using peach pit as raw material and zinc chloride as activator.The optimal conditions for the preparation of activated carbon were determined through experiments.The activated carbon prepared under the optimal conditions was used to treat the peach wine washing wastewater.The results show that the optimal conditions for peach pit activated carbon preparation are：the activation temperature is 500 ℃，the activation time is 2 h，the activator concentration is 40 %， the peach pit size is 50～60 mesh.Under these conditions，the adsorption value of methylene blue is 183.33 mg/g and the BET surface area is 1 226.55 m?/g，the pore volume is 0.642 cm3/g.The COD removal rate of the wastewater could reach 94.33 %.

Key words：Peach pit;Activated carbon;Preparation;Wastewater treatment

我國(guó)水蜜桃資源豐富，且隨著種植面積及產(chǎn)量的擴(kuò)大，水蜜桃深加工技術(shù)也不斷發(fā)展，水蜜桃酒便是其中一項(xiàng)。但在釀造過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生大量的桃核，約占鮮桃重量的10%，它們通常被當(dāng)作廢物丟棄，這其實(shí)極大地浪費(fèi)了資源。桃核木質(zhì)素含量高、硬度大，具有天然的微孔結(jié)構(gòu)[1]，是生產(chǎn)活性炭的良好原料，目前以花生殼、杏核殼、椰殼等為原料制備活性炭的研究較多，而以水蜜桃核為原料的研究較少。釀酒過(guò)程中還會(huì)產(chǎn)生大量的廢水，廢水主要有兩類(lèi)，一類(lèi)是清洗水蜜桃、破碎機(jī)、壓榨機(jī)、發(fā)酵罐等產(chǎn)生的清洗廢水，其中含有一定量桃毛、桃渣、糖類(lèi)、有機(jī)酸等物質(zhì)，化學(xué)需氧量（COD）較低，通常在5 000 mg/L左右，通過(guò)活性炭吸附即可有效降低。另一類(lèi)則是濃度較高的發(fā)酵廢水，除了桃渣、糖類(lèi)等物質(zhì)以外，還有酵母、酒石酸、果膠等，COD在10 000 mg/L以上，需要深度處理。因此，用桃核制備活性炭，并將其用于釀酒廢水的處理，可實(shí)現(xiàn)資源再利用，達(dá)到以廢治廢的目的。

活性炭的制備方法以物理活化法和化學(xué)活化法為主，化學(xué)活化法制備的活性炭性能優(yōu)良、質(zhì)量穩(wěn)定，備受人們關(guān)注，其中氯化鋅活化法是應(yīng)用最為廣泛的方法之一。本文以水蜜桃核為原料、氯化鋅為活化劑制備活性炭，考察活化溫度、活化時(shí)間、活化劑濃度、桃核粒徑[2]對(duì)活性炭亞甲基藍(lán)吸附值的影響，確定桃核活性炭制備最佳條件，對(duì)最優(yōu)條件下制備的桃核活性炭進(jìn)行性能分析，并用其處理水蜜桃酒清洗廢水，為桃核活性炭的制備及其在釀酒廢水處理方面的應(yīng)用提供幫助。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 材料、試劑與儀器

水蜜桃核及清潔廢水：釀造水蜜桃酒產(chǎn)生（常州中澳果酒研發(fā)中心提供）。氯化鋅，（上海精化科技研究所）。鹽酸、硫酸、重鉻酸鉀、亞甲基藍(lán)，（國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司）。以上試劑均為分析純。商用活性炭，（滑縣環(huán)宇炭業(yè)有限公司）。

Nicolet IS5傅立葉紅外光譜儀，（賽默飛世爾科技公司）;ASAP2460物理吸附儀，（美國(guó)麥克儀器公司）;箱式電阻爐，（上海索域?qū)嶒?yàn)設(shè)備有限公司）;多功能粉碎機(jī)，（永康市金穗機(jī)械制造廠(chǎng)）;COD·氨氮雙參數(shù)測(cè)定儀，（北京連華永興科技發(fā)展有限公司），等。

1.2 水蜜桃核活性炭的制備

將去除表面殘余果肉及桃仁的桃核洗凈、干燥、破碎，過(guò)篩，稱(chēng)取15 g，用氯化鋅溶液浸漬12h，過(guò)濾烘干后置于電阻爐中活化。冷卻后用0.1 mol/L熱鹽酸溶液清洗，再用熱蒸餾水洗至中性，烘干后得到桃核活性炭。

1.3 測(cè)定方法

亞甲基藍(lán)（MB）吸附值的測(cè)定：根據(jù)GB/T 12496.10—1999《木質(zhì)活性炭實(shí)驗(yàn)方法 亞甲基藍(lán)吸附值的測(cè)定》進(jìn)行測(cè)定。活性炭表面官能團(tuán)的測(cè)定采用Nicolet IS5傅立葉紅外光譜儀測(cè)定。孔結(jié)構(gòu)與比表面積的測(cè)定采用ASAP2460物理吸附儀測(cè)定。廢水COD的測(cè)定根據(jù)HJ/T 399—2007《水質(zhì) 化學(xué)需氧量的測(cè)定快速消解分光光度法》，測(cè)定吸附前后廢水COD，計(jì)算COD去除率。

2 結(jié)果與分析

2.1 桃核活性炭的制備

通過(guò)單因素實(shí)驗(yàn)，選取活化溫度（A）、活化時(shí)間（B）、活化劑濃度（C）、桃核粒徑（D）為考察因素，MB吸附值為指標(biāo)，進(jìn)行L9（34）正交實(shí)驗(yàn)，每組重復(fù)三次并取平均值。結(jié)果與分析見(jiàn)表1。由表1可知，影響桃核活性炭MB吸附值的最大因素是A（活化溫度），其次是B（活化時(shí)間），D（粒徑）的影響最小，最優(yōu)組合是A2B2C1D1，即最佳活化溫度500 ℃，活化溫度2 h，活化劑濃度40 %，粒徑50～60目。經(jīng)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，在最佳條件下制備的桃核活性炭MB吸附值為183.33mg/L。

2.2 活性炭的表征

2.2.1 傅里葉紅外光譜分析

活性炭表面官能團(tuán)會(huì)對(duì)活性炭的吸附性能產(chǎn)生影響。將最優(yōu)條件下制備的桃核活性炭進(jìn)行傅里葉紅外光譜測(cè)定，結(jié)果表明，活性炭在3 423.53 cm-1處有吸收峰，可歸屬于O—H鍵的伸縮振動(dòng)，在2 919.05處的吸收峰歸屬于飽和C—H鍵的伸縮振動(dòng)[3]，1 577.68 cm-1附近的吸收峰對(duì)應(yīng)于C=C鍵的伸縮振動(dòng)，1 400 cm-1附近的吸收峰對(duì)應(yīng)于O—H鍵的彎曲振動(dòng)，754.56 cm-1處的吸收峰表明存在C—H彎曲振動(dòng)。由此可知，活化得的桃核活性炭可能含有醇類(lèi)、酚類(lèi)、碳碳雙鍵、醚類(lèi)官能團(tuán)[4]。

2.2.2 孔結(jié)構(gòu)與比表面積分析

活性炭的孔結(jié)構(gòu)是影響活性炭吸附性能的重要原因之一。將桃核活性炭進(jìn)行N2吸附—脫附實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明桃核活性炭主要由微孔及中孔構(gòu)成，桃核活性炭比表面積為1 226.55 m?/g，總孔容為0.642 cm?/g，比活化前提高31.5%。

2.3 桃核活性炭吸附處理廢水

在常溫下，將最優(yōu)條件下制備的桃核活性炭與3款商用活性炭分別投入500mL廢水中，投加量為4 g/L、吸附60 min，結(jié)果如表2所示。

由表2可知，三款商用活性炭中，商用果殼活性炭吸附廢水效果最好，而桃核活性炭對(duì)廢水的吸附效果更佳，處理后的廢水COD為248.64 mg/L，去除率達(dá)94.33 %，滿(mǎn)足國(guó)家污水排放標(biāo)準(zhǔn)，說(shuō)明用桃核制備活性炭并用于水蜜桃酒廢水處理是可行的，這為后續(xù)深度處理水蜜桃酒高濃度發(fā)酵廢水提供了依據(jù)和參考。

3 結(jié)論

以水蜜桃核為原料，氯化鋅為活化劑制備活性炭，最佳制備條件為：活化溫度500 ℃，活化時(shí)間2 h，活化劑濃度40 %，粒徑50～60目。最佳條件下制得的活性炭亞甲基藍(lán)吸附值為183.33 mg/L，總孔容為0.642 cm?/g，比表面積為1 226.55 m?/g，含有醇類(lèi)、酚類(lèi)、碳碳雙鍵、醚類(lèi)官能團(tuán)，能有效降低水蜜桃酒清洗廢水COD。

參考文獻(xiàn)

[1]高鷹，朱永春，田紅，等.Cu（Ⅱ）在天然桃核粉上吸附行為的循環(huán)伏安法研究[J].沈陽(yáng)師范大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2012（04）：542-545.

[2]Garg D， Kumar S， Sharma K， et al. Application of waste peanut shells to form activated carbon and its utilization for the removal of Acid Yellow 36 from wastewater[J]. Groundwater for Sustainable Development， 2019：512-519.

[3]Olubunmi Grace Abatan， Babalola Aisosa Oni， et al. Production of activated carbon from African star apple seed husks， oil seed and whole seed for wastewater treatment[J]. Journal of Cleaner Production， 2019，232：441-450.

[4]Kumar A， Jena H M. High surface area microporous activated carbons prepared from Fox nut （Euryale ferox） shell by zinc chloride activation[J]. Applied Surface Science，2015，356：753-761.

收稿日期：2020-04-29

作者簡(jiǎn)介：張煜（1995-），女，漢族，碩士研究生，研究方向?yàn)閺U棄物綜合利用與處理。