强制分散活性炭对甲基橙脱色的研究

Posted 2023-01-13 活性炭

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：采用活性炭为吸附剂，强制分散下对偶氮染料甲基橙进行了脱色实验。比较了强制分散下不同粒径、投加量、曝气量以及甲基橙初始浓度对活性炭吸附脱色效果的影响。结果表明：强制分散活性炭对甲基橙脱色具有显著的作用。同时活性炭的粒径越小，曝气量越大，甲基橙脱色效果越好，所用的时间越短。
关键词：强制分散；活性炭；甲基橙；脱色
活性炭具有发达的空隙结构，巨大的比表面积，是常规水处理中最常用的吸附剂。然而活性炭的吸附效果取决于活性炭的粒度和分散程度，生产中往往忽视活性炭的分散程度对吸附效果的影响，使活性炭的吸附效果得不到充分的发挥。本文采用曝气强制分散方法研究了活性炭对甲基橙溶液的脱色效果的影响。
1 仪器与试剂
实验装置如图1所示，反应器的容积为1升。7520型紫外可见分光光度计(上海分析仪器厂)；HGX-180型空压机；ZB-10玻璃转子流量计(武汉流量仪表厂)；活性炭(圆柱状活性炭，粒径约为1毫米)，将活性炭在球磨机中研磨，然后分离出不同粒径活性炭，水洗烘干后备用；甲基橙(分析纯，天津市化学试剂一厂)。

1.曝气机，2.空气转子流量计，3.布气装置，4.反应器壁，5.取样口
图1 反应装置
2 实验与分析方法
2.1 实验方法
配制一定浓度的偶氮染料甲基橙水溶液，取一升溶液倒入反应器中，打开空压机，调节流量后，加入一定量的活性炭，反应开始后，定时取样。取样后立即过滤，使反应停止，将滤液在465nm处测定吸光度，来评价在不同条件下活性炭的吸附效果。
2.2 分析方法
首先做甲基橙浓度-吸光度的工作曲线，由过滤后水样的吸光度来计算染料甲基橙的浓度。色度的剩余率(%)=C/C0×100%=A/A0×100%，式中，C0：染料甲基橙溶液的初始浓度，C：反应后染料甲基橙的浓度，A0：染料甲基橙的初始吸光度，A：反应后染料甲基橙的吸光度。
3 结果与讨论
3.1 不同粒径活性炭对甲基橙吸附效果的影响
为了考察实体系中粒径对甲基橙脱色效果的影响，分别进行了五个不同粒径级别活性炭吸附实验。实验在pH=7，活性炭投加量为6
g/L，曝气量为1 m3/h，甲基橙的初始浓度为30 mg/L 条件下进行实验，结果如图2所示。从图中可以看出的活性炭的粒径对甲基橙溶液吸附效果有很大的影响。随着粒径的减小，甲基橙溶液的脱色率越来越高。粒径从20目到50目这个范围内，甲基橙的脱色效果变化最为明显。这是由于活性炭的颗粒越小，比表面积迅速的增大，这样与污染物的接触机会就越大，吸附就加快。但是活性炭的颗粒过小，沉降速度变慢，混合液难以分离，同时活性炭难以回收利用，因此的最佳的粒径是100目。

图2 不同粒径活性炭对甲基橙吸附效果的影响
3.2 不同的曝气量对甲基橙吸附效果的影响
活性炭的粒径为100目，投加量为6　g/L，pH=7，甲基橙的初始浓度为30m g/L 条件下进行不同曝气量(0.25
m3/h，0.5 m3/h，1 m3/h，2 m3/h)对甲基橙脱色效果的影响如图3所示。从图中可以看出随着曝气量的增加，甲基橙的脱色率逐渐增加。这是有于曝气量的增加，活性炭的分散程度增大，活性炭与污染物接触的机会增大，因此活性炭吸附效果就增加。但是到一定程度后，脱色效果的增加不是很明显，流量从1
m3/h到2 m3/h，活性炭的脱色率增加缓慢。原因可能是活性炭的分散程度达到最大，增加曝气量作用开始变小，从经济性的角度考虑，此实验条件下最佳的曝气流量为1
m3/h。

图3 不同的曝气量对甲基橙吸附效果的影响
3.3 不同投加量对甲基橙吸附效果的影响
在pH=7，曝气量为1m3/h，甲基橙的初始浓度为30m g/L条件下进行了不同投加量(2，4，6　g/L)实验。实验结果如图4所示，图中反应脱色率随时间变化的趋势说明，反应时间是影响脱色效果的重要因素。在本实验系统中，活性炭并不影响甲基橙的最终脱色率。但是在相同时间点的脱色率随活性炭的投加量增大而增大。因此活性炭的投加量也是影响反应脱色反应速率的重要因素，增加投加量可以有效缩短反应时间。

图4 不同投加量对甲基橙吸附效果的影响
3.4 不同初始浓度对甲基橙吸附效果的影响
对染料甲基橙的初始浓度分别为120，75，50，30 mg/L情况下，pH=7，曝气量为1m3/h，活性炭的投加量为6
g/L条件下进行了甲基橙脱色效果的比较，实验结果如图5所示。从图中可以看出，脱色率随染料初始浓度的升高而降低，在最开始的5min内，脱色速率最大，然而随着时间的延长，曲线变得逐渐变的平缓，这是由于开始活性炭的比表面积大，甲基橙往活性炭表面迁移的速率大，随着活性炭吸附性能变弱，同时甲基橙浓度变小，反应速率变慢。

图5 不同初始浓度对甲基橙吸附效果的影响
3.5 强制分散与静态对甲基橙吸附效果的比较
在性炭粒径为100目，投加量为6 g/L，pH=7，甲基橙的初始浓度为30mg/L条件下分别进行了曝气强制分散和静态吸附对甲基橙脱色的实验。实验结果如图-6所示。从图中可以看出强制分散下的活性炭吸附比静态吸附有更高的脱色效果和较短的用时。这是由于强制分散下的活性炭有更多的机会和污染物接触，同时克服了活性炭之间的自凝聚现象，因此有利于更好的发挥活性炭吸附性能。
4 结论
实验研究了不同操作条件对活性炭吸附处理甲基橙废水的影响。实验发现活性炭在强制分散下能更好的发挥其优良的吸附特性。同时活性炭的粒径，分散程度以及甲基橙的初始浓度都对脱色率有很大的影响。活性炭的粒径越小，曝气的流量越大，吸附效果越好。本试验认为强制分散下活性炭的最佳粒径为50目，此时活性炭吸附速度快，同时能够回收，这为今后活性炭吸附技术提供了一个新的思路。