改性秸秆活性炭对印染废水的吸附研究

Posted 2023-01-12 活性炭

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为了减轻我国华东以及华北平原长期受到秸秆焚烧所带来的雾霾问题，通过利用秸秆为原料制备活性炭，研究了改性秸秆活性炭对印染废水的净化和吸附作用，并对实验条件进行了优化。结果表明在pH值为3，吸附时间为120min，吸附容量为100g/L时，改性秸秆活性炭对印染废水的色度的去除率可达到100%，CODCr的去除率可达到87.6%，表明了秸秆活性炭在印染废水的处理上是可行的，同时又可以减少秸秆的大量焚烧所带来的环境污染，从而实现了双赢。
文章编号：1007-2284(2014)10-0024-02
印染废水水量较大，约占工业废水总量的35%，而由于印染废水的处理难度较高，处理难度较大，伴随着工业化和城镇化的发展，已经逐步威胁到人们的日常生活。据不完全统计，每加工1t纺织品，耗水100～200t，其中80%～90%成为废水。而我国是一个纺织大国，每年数以万计纺织品的出口以及内销带来了巨大的印染废水，因此若不进行妥善的解决和良好的对策与措施的采取，任意排放必然会对现有的水环境以及整体的生态系统造成巨大的危害。根据环保部发布的首个全国性大规模研究结果显示，我国目前有超过2.8亿居民使用不安全饮用水，而这其中有很大部分原因是工业废水，因此合理解决以及处理现有工业废水，当务之急。根据我国《“十二五"节能减排综合性工作方案》，已经将印染废水的处理作为“十二五"规划期间重要的环境治理内容。
活性炭具有独特的多孔结构，吸附容量大、吸附速度快，因而在发达国家被许多企业及政府作为印染废水的主要处理手段与方式，从实际使用效果而言，其性价比较高，同时具有较高的操作性以及应用性。现有印染废水的活性炭处理方法较多，但是由于我国现有纺织企业依然是以劳动密集型生产模式为主，自身的经营利润本就很微薄，若单纯的照搬西方发达国家的活性炭处理印染废水的方式，无疑会增加企业的生产成本，削弱企业的经营利润和市场竞争力，从经济可行性上来讲是不可行的。因此，本文结合我国纺织企业实际生产状况以及资源条件，提出了以秸秆为原料制备活性炭。一方面秸秆本身的取得渠道较为容易，同时价格低廉[4，5]，降低了活性炭的生产成本；另一方面，我国华东以及华北平原长期受到秸秆焚烧所带来的雾霾问题，而利用秸秆为原料制备活性炭，则可充分提升秸秆的使用效率，变废为宝，减少其大量焚烧所带来的环境污染，从而实现了双赢。
1 实验部分
1.1 实验试剂及对象
玉米秸秆，华东地区；氨水(分析纯)，国药化学试剂提供；
本研究所用印染废水皆来自于江苏省南通市某印染厂，黑蓝。用稀释倍数法先测废水的色度，其色度为250、pH值为12.78。
测得CODCr为1 584mg/L，主要成分为丙烯晴-丁二烯-苯乙烯共聚物和吡啶偶氮对甲酚。
1.2 主要实验设备和仪器
DZF-6050真空烘箱，上海精宏仪器设备有限公司；JFS-13A粉碎机，上海比朗仪器有限公司；800离心机，常州国华电器有限公司；BSA423S-CW型电子天平，德国赛多利斯；PHS-3C数字酸度计，上海雷磁仪器厂；-C数显恒温水浴振荡器，江苏省金坛市环宇科学仪器厂。
1.3 吸附剂的制备
先将取得的玉米秸秆挑选好，清理除灰，切成长约2cm的小段，自来水洗净，再用蒸馏水冲洗3～4次，晾干，用粉碎机粉碎至粒径2mm左右后过滤。取3g样品浸渍在100mL 6mol/L的氨水溶液中，室温下浸渍18h，放入烘箱中在145℃下活化20h，取出用去离子水清洗数遍，至水的pH值为7左右，105℃下烘干、研磨至全部试样通过200目筛过筛后，测定其印染废水的脱色力。
1.4 吸附试验
取50mL印染废水于150mL锥形瓶中，加入适量改性秸秆活性炭粉末，调整pH值后，控制水浴温度以150r/min的速度震荡一定时间，离心取上清液测定其剩余色度和CODCr含量，做3个平行样，取其平均值。CODCr用国标法测定。
2 实验结果及讨论
2.1 秸秆粉末和改性秸秆活性炭粉末的吸附性能比较
20℃时，pH值为6.0，吸附剂投加量为5g，吸附时间为2h的条件下，考察秸秆粉末与改性秸秆活性炭粉末对印染废水色度及CODCr去除率的影响，结果见表1。

从表1可以看出，改性秸秆活性炭粉末对印染废水色度及CODCr的去除率明显高于秸秆粉末的去除率，这是因为改性秸秆活性炭粉末经氨水活化，成为具有发达孔隙结构的活性炭，并且这种经还原改性的秸秆活性炭表面碱性含氧基团大量增加，有助于对有机物的吸附去除，这就保证了改性秸秆活性炭具有良好的吸附能力。
2.2 吸附剂用量对改性秸秆活性炭吸附能力的影响
反应温度为20℃，改性秸秆活性炭投加量为5.0g，吸附时间为2h时，pH值为6.0的条件下，改性秸秆活性炭对印染废水色度及CODCr的去除率的影响，结果见表2。

由表2可以看到，随着改性秸秆活性炭用量的增加，印染废水的色度和CODCr的去除率也迅速增加。当吸附剂的投加量增加到5g的时候，基本达到平衡，此时色度去除率达到最大值为99.7%，CODCr去除率也趋于稳定。因而可以看到当活性炭投放量在5g的时候，其吸附达到了饱和状态。由此可以说明秸秆活性炭的吸附容量为5.0g/50mL，即100g/L。
2.3 吸附时间对改性秸秆活性炭吸附能力的影响
反应温度为20℃，改性秸秆活性炭投加量为5.0g，pH值为6.0时，考察吸附时间对印染废水色度及CODCr的去除率的影响，结果见表3。

由表3可以看到，随着吸附时间的增加，印染废水的色度去除率以及CODCr去除率逐渐增大，当吸附时间达到2h时废水色度和CODCr的去除率均趋于稳定，因为改性活性炭的吸附作用包含吸附和解析两个过程，吸附时间较短时，吸附速率名校大于解析速率，故去除率稳步上升。当吸附时间达到2h时，色度去除率达最大值99.7%，CODCr去除率达到65.8%，趋于稳定。可以认为此时达到吸附平衡。
2.4 pH值对改性秸秆活性炭吸附能力的影响
反应温度为20℃，改性秸秆活性炭投加量为5.0g，吸附时间为2h时，考察pH值对印染废水色度及CODCr的去除率的影响，结果见表4。

由表4可以看到，不同pH值对印染废水的色度去除率和CODCr去除率具有较大影响。伴随着印染废水酸度的不断下降，即pH值的不但升高，其色度去除率和CODCr去除率有所减弱，并且是持续性的减弱。其中当pH值达到中性，即pH=7的时候，色度去除率和CODCr去除率最弱，仅仅为97.3%和79.7%。产生这一状况的原因在于，pH值对吸附质在废水中存在的形态(分子、离子、络合物)的作用，当酸性较强时容易使得上述分子得到分解，变为游离状态，从而更容易被吸附。但是，由于酸性的不断增强其对于设备的腐蚀程度也在不断增加，因而为了充分考虑色度清除状态下的设备保护，本实验认为改性秸秆活性炭处理印染废水的最佳pH值为3，此时色度去除率为100%，而CODCr去除率为87.6%。
综上所述，秸秆活性炭的最佳吸附条件为pH值为3.0，吸附时间为2h，吸附容量为100g/L。在此条件下秸秆活性炭对印染废水的色度的去除率可达到100%，CODCr的去除率可达到87.6%。
4.结语
(1)相同条件下，改性秸秆活性炭粉末的吸附能力明显高于秸秆粉末的吸附能力。
(2)改性秸秆活性炭对印染废水吸附净化处理的最佳工艺条件为pH值为3，吸附时间为120min，吸附容量为100g/L，在该运行参数下获得最大吸附能力，色度的去除率可达到100%，CODCr的去除率可达到87.6%。
(3)改性秸秆活性炭处理印染废水，原材料廉价易得，可操作性强，性价比高，值得后期的推广与应用。