活性炭对苯酚溶液的吸附性能研究.pdf

收稿日期:;修回日期:;录用日期:基金项目:甘肃省教育厅青年博士基金(N o Q B )、中央高校基本科研业务费专项(N o s ,)、西北民族大学引进 人 才 科 研(N o s x b m u y j r c ,x b m u y j r c )、年 西 北 民 族 大 学 大 学 生 创 新 创 业 训 练 计 划(N o X )和甘肃省重点研发(N o Y F GA )资助项目.E m a i l:q q c o m活性炭对苯酚溶液的吸附性能研究苏小平,李宁,东明鑫,乌海梁,徐志鸿,张平,申涛(西北民族大学化工学院环境友好复合材料国家民委重点实验室甘肃省生物质功能复合材料工程研究中心甘肃省高校环境友好复合材料及生物质利用重点实验室,甘肃 兰州 )摘要:以活性炭为吸附剂、苯酚水溶液为模拟废水原料,采用紫外分光光度仪测定不同条件下活性炭对于苯酚模拟废水的吸附效果;单因素实验的最佳工艺条件为:吸附时间 m i n、吸附温度为 、苯酚水溶液p H值为、水浴恒温振荡器转速为 r/m i n、活性炭粒径为 mm,最佳工艺条件下活性炭对苯酚水溶液的吸附量为 m g/g;正交试验表明吸附条件的影响大小依次为:苯酚水溶液的p H水浴恒温振荡器转速活性炭粒径吸附温度.关键词:活性炭;废水;吸附;正交试验中图分类号:O 文献标志码:AS t u d i e so nA d s o r p t i o nP r o p e r t i e so fA c t i v a t e dC a r b o no nP h e n o l S o l u t i o nS uX i a o p i n g,L iN i n g,D o n gM i n g x i n,WuH a i l i a n g,X uZ h i h o n g,Z h a n gP i n g,S h e nT a o(C o l l e g e o fC h e m i c a lE n g i n e e r i n g,N o r t h w e s tM i n z uU n i v e r s i t y,K e yL a b o r a t o r yo fE n v i r o n m e n t F r i e n d l yC o m p o s i t eM a t e r i a l so ft h eS t a t eE t h n i cA f f a i r sC o mm i s s i o n,G a n s uP r o v i n c i a lB i o m a s sF u n c t i o nC o m p o s i t e sE n g i n e e r i n gR e s e a r c hC e n t e r,K e yL a b o r a t o r yf o rU t i l i t yo fE n v i r o n m e n t F r i e n d l yC o m p o s i t eM a t e r i a l sa n dB i o m a s s i nU n i v e r s i t yo fG a n s uP r o v i n c e,L a n z h o u,G a n s u ,C h i n a)A b s t r a c t:U s i n ga c t i v a t e dc a r b o na sa d s o r b e n ta n dp h e n o la q u e o u ss o l u t i o na ss i m u l a t e dw a s t e w a t e rr a wm a t e r i a l,t h e a d s o r p t i o ne f f e c t o f a c t i v a t e d c a r b o no np h e n o l s i m u l a t e dw a s t e w a t e r u n d e r d i f f e r e n t c o n d i t i o n sw a sd e t e r m i n e db yu l t r a v i o l e ts p e c t r o p h o t o m e t r y T h eo p t i m a l c o n d i t i o n so fs i n g l ef a c t o re x p e r i m e n tw e r ea s f o l l o w s,a d s o r p t i o nt i m e m i n,a d s o r p t i o nt e m p e r a t u r e ,s o l u t i o np H,s h a k i n gs p e e d r/m i n,a c t i v a t e dc a r b o np a r t i c l es i z e mm,a n dt h es a t u r a t e da d s o r p t i o nc a p a c i t yo fa c t i v a t e dc a r b o nt op h e n o l a q u e o u ss o l u t i o nr e a c h e s m g/gu n d e rt h eo p t i m u mp r o c e s sc o n d i t i o n s O r t h o g o n a l t e s ts h o w st h a t t h e i n f l u e n c eo f a d s o r p t i o nc o n d i t i o n s i sa sf o l l o w s:s o l u t i o np H s h a k i n gs p e e d a c t i v a t e dc a r b o np a r t i c l es i z ea d s o r p t i o nt e m p e r a t u r e K e yw o r d s:a c t i v a t e dc a r b o n;w a s t e w a t e r;a d s o r p t i o n;o r t h o g o n a l e x p e r i m e n t a l d e s i g n煤化工废水中含有大量有机物 ,主要是酚类物质,这些酚类物质应该被回收利用,否则将严重污染水源.活性炭作为一种吸附材料,具有孔道发达、比表面积高和良好的物理吸附性能.将活性炭作为吸附剂应用于含酚废水的处理,具有绿色环保、经济、可重复再生、可回收酚类等优势 .C h e mW o r l d,(),化化学学世世界界C h e m i c a lW o r l dD O I:/j c n k i 研究论文A R T I C L E化学世界研究论文实验部分 试剂和仪器活性炭(颗粒状),上海鼎芬化学科技有限公司;苯酚,福州康诚生物科技有限公司;盐酸、氢氧化钠,中化蒙联化工有限公司;硝酸,永清县永飞化学试剂有限公司;氨水,永顺化工氨水厂;双氧水,济南坤丰化工有限公司.恒温水浴锅(D F S),上海力辰仪器科技有限公司;水浴恒温振荡器(HY A),常州市金坛区环宇科学仪器厂;马弗炉(R X L Z),天津中环电炉股份有限公司;p H计(P H S C),上海仪电科学仪器股份有限公司;紫外分光光度计(UV C R T),上海分 析 仪 器 厂;超 声 波 扫 频 清 洗 机(J K DU C V D E),上海精密科学仪器有限公司.表为活性炭性能参数.表活性炭性能参数项目名称参数w(氯化物)/w(硫酸盐)/w(灼烧残渣)/干燥失重/w(重金属)/w(铁)/w(锌)/亚甲基蓝吸附量合格w(乙醇可溶物)/p H值 w(盐酸可溶物)/实验取 m g/L的苯酚水溶液 m L,在吸附时间为 m i n、吸附温度为 、苯酚水溶液p H为、水浴恒温振荡器转速为 r/m i n、活性碳粒径为 mm、活性炭添加量为 g/L条件下,活性炭对苯酚的饱和吸附量为 m g/g.苯酚浓度的测定配制不同苯酚质量浓度的系列标准溶液,采用分光光度法测定苯酚溶液的吸光度(A),得苯酚的标准曲线(图).图苯酚水溶液的标准曲线从图可知,苯酚的线性拟合方程(A)为:A .相对标准偏差(R).结果与讨论 单因素实验 不同温度下,不同吸附时间对苯酚水溶液吸附效果的影响在 m g/L苯酚水溶液 m L、p H为、水浴恒温振荡器转速为 r/m i n、活性炭粒径为 mm、活性炭添加量为 g/L的条件下,考察了不同温度和不同吸附时间对苯酚吸附量(q)的影响(图).图不同温度和不同吸附时间对活性炭吸附苯酚性能的影响从图可知,随着吸附时间的增加,活性炭对苯酚的吸附呈先快速增加后稳定的趋势.因此,吸附时间选定为 m i n.不同吸附温度对苯酚水溶液吸附效果的影响在 m g/L苯酚水溶液 m L、p H为、水浴恒温振荡器转速为 r/m i n、活性炭粒径为 C h e mW o r l d,(),C h e m i c a lW o r l dA R T I C L E mm、活性炭添加量为 g/L、吸附时间为 m i n的条件下,考察了不同温度对苯酚吸附量的影响(图).图不同温度对活性炭吸附苯酚性能的影响从图可知,随着吸附温度的增加,活性炭对苯酚的吸附量逐渐减少,在 时,活性炭对苯酚水溶液的吸附量为 m g/g.吸附为放热反应,低温有利于吸附的正向进行.因此,选择最佳吸附温度为.吸附时间对苯酚水溶液吸附效果的影响吸附温度为、水浴恒温振荡器转速为 r/m i n、活性炭粒径为 mm、p H分别为、的条件下,考察不同时间对苯酚水溶液吸附效果的影响(图).图不同吸附时间对苯酚水溶液吸附效果的影响从图可知,随着时间的增长,对苯酚水溶液的吸附量快速增加,当吸附时间 m i n时,对苯酚水溶液的吸附量缓慢增加,因此,选择最佳吸附时间为 m i n.p H对苯酚水溶液吸附效果的影响在 m g/L苯酚水溶液 m L、吸附温度为、水浴恒温振荡器转速为 r/m i n、活性炭粒径为 mm、活性炭添加量为 g/L、吸附时间为 m i n的条件下,考察了p H对苯酚吸附量(q)的影响(图).图不同p H下活性炭对吸附苯酚性能的影响从图可知,随着溶液p H的增大,活性炭对苯酚的吸附量逐渐降低.因此,选择最佳苯酚水溶液p H为.不同转速对苯酚水溶液吸附效果的影响在 m g/L苯酚水溶液 m L、吸附温度为 、活性炭粒径为 mm、活性炭添加量为 g/L、苯酚水溶液p H为、吸附时间为 m i n的条件下,考察了水浴恒温振荡器转速(n)对苯酚吸附量的影响(图).图不同转速对活性炭吸附苯酚性能的影响从图可知,随着转速的增大,活性炭对苯酚吸附量呈先增加后减少的趋势,当转速 r/m i n时,活性炭对苯酚的吸附量达到 m g/g.因此,选择最佳转速为 r/m i n.活性炭粒径对苯酚水溶液吸附效果的影响在 m g/L苯酚水溶液 m L、吸附温度为、水浴恒温振荡器转速为 r/m i n、苯酚水溶液p H为、吸附时间为 m i n、活性炭添加量为 g/L的条件下,考察了活性炭粒径(d)对苯酚水溶液吸附量的影响(图).C h e mW o r l d,(),化学世界研究论文图不同活性炭粒径对于苯酚的吸附量从图可知,随着活性炭粒径的减小,活性炭对于苯酚的吸附量呈先增加后稳定的趋势.因此,选择最佳活性炭粒径为 mm.正交实验 正交实验设计在单因素实验的基础上,进行了正交实验设计.设计了四因素三水平的活性炭对于苯酚水溶液的吸附正交试验表(表),四因素分别为:吸附温度(t)、苯酚水溶液的酸性(p H)、水浴恒温振荡器转速(n)和活性炭粒径(d).表活性炭对于苯酚水溶液的吸附正交试验表水平因素t/p Hn/(rm i n)d/mm 正交实验结果按照表的设计进行活性炭吸附苯酚水溶液的实验,获得正交实验结果(表).由表均差数据可知,活性炭吸附苯酚水溶液的最优实验条件为:吸附温度、苯酚水溶液p H为、水浴恒温振荡器转速为 r/m i n、活性炭粒径为 mm.四个影响因素对于活性炭吸附苯酚水溶液的影响大小依次为:p Hndt.结论探索了活性炭对于苯酚水溶液的处理工艺条件,活性炭吸附苯酚水溶液的最优实验条件为:m g/L苯酚水溶液 m L、吸附时间 m i n、表正交实验结果因素t/p Hn/(rm i n)d/mmq/(m gL)实验 实验 实验 实验 实验 实验 实验 实验 实验 均差 均差 均差 极差 吸附温度、苯酚水溶液p H为、水浴恒温振荡器转速为 r/m i n、活性炭粒径为 mm、活性炭添加量为 g/L条件下,活性炭对苯酚水溶液的吸附量为 m g/g;吸附实验工艺因素对于苯酚吸附的影响大小依次为:p Hndt.参考文献王诺,张进,吴迪,等世界煤炭资源流动的时空格局及成 因 分 析 J自 然 资 源 学 报,():徐亮新中国成立 年煤炭建设发展综述J中国煤炭,():赵春丽,乔皎我国焦化行业面临的环境困境及绿色转型策略J化工环保,():王维,于永辉,孙承林,等电 F e n t o n预处理兰炭废水J工业用水与废水,():高雯雯,张智芳,苏婷,等萃取 F e n t o n反应吸附工艺 处 理 兰 炭 废 水 研 究 J当 代 化 工,():段东平活性炭的再生及改性进展研究J环境与发展,():何亚萍,汤亚飞,龚莉惠活性炭对双吡唑模拟废水的选择 性吸 附 及其 再生 J武 汉 工 程 大 学 学 报,():C h uW H,Y a oDC,G a oNY,e t a l T h eE n h a n c e dR e m o v a lo fC a r b o n a c e o u sa n dN i t r o g e n o u sD i s i n f e c t i o nB y P r o d u c tP r e c u r s o r sU s i n g I n t e g r a t e dP e r m a n C h e mW o r l d,(),C h e m i c a lW o r l dA R T I C L Eg a n a t e O x i d a t i o n a n d P o w d e r e d A c t i v a t e d C a r b o nA d s o r p t i o nP r e t r e a t m e n t JC h e m o s p h e r e,():Z i g a B e n t e zH,A r i s t i z b a l C i r oC,P e u e l aG AP h o t o d e g r a d a t i o no f t h eE n d o c r i n e d i s r u p t i n gC h e m i c a l sB e n z o p h e n o n e a n d M e t h y l p a r a b e nU s i n gF e n t o nR e a g e n t:O p t i m i z a t i o no fF a c t o r sa n dM i n e r a l i z a t i o n/B i o d e g r a d a b i l i t y S t u d i e sJJ T a i w a n I n s tC h e mE n g,():宿程远,李伟光,刘兴哲酸高温改性海泡石对单宁酸的吸附性能及其表面化学特性研究J西安建筑科技大学学报(自然科学版),():梁 霞,王学江活性炭改性方法及其在水处理中的应用J水处理技术,():李艳芳,梁大明,刘春兰,等国内外活性炭应用发展趋势分析J洁净煤技术,():樊文博挥发性有机物治理中活性炭吸附法的应用分析J山西化工,():袁基刚,谭文渊,杨郭,等改性活性炭对水中对氯酚的 吸 附 性 能 研 究 J中 国 给 水 排 水,():刘瑞江,张业旺,闻崇炜,等正交试验设计和分析方法研究J实验技术与管理,():张国秋,王文璇均匀试验设计方法应用综述J数理统计与管理,():C h e mW o r l d,(),