膨脹石墨對含油廢水的吸附性能研究

摘 要:選用氧化插層法制備的膨脹石墨為吸附劑。研究膨脹體積對膨脹石墨吸附柴油飽和吸附量的影響。考察膨脹石墨對含油廢水動態吸附性能。結果表明，膨脹石墨的膨脹體積越大，其對柴油的飽和吸附量越大，飽和吸附量最大可達54g/g，而活性炭的飽和吸附量僅為4g/g。填充密度為9g/L時，膨脹石墨對含油廢水的動態吸附性能較好。膨脹石墨的膨脹體積越大，其對含油廢水效果越好。膨脹體積為380 mL/g和100mL/g的膨脹石墨吸附含油廢水后其COD由87分別降至53和74，而活性炭僅降為83。

關鍵詞:膨脹石墨膨脹體積含油廢水吸附

中圖分類號:TQ165文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)08(a)-0007-02

1 引言

隨著工業的發展，特別是石油化工工業的發展，含油廢水的排放量與日俱增，其對環境的污染也日益嚴重。石油工業中含油廢水主要來源于石油和油品的加工、提煉、儲存及運輸。未經處理而排放的含油廢水對土壤、地表水和地下水都會造成巨大污染[1，2]。因此，控制和治理石油和石化等行業產生的含油廢水已成為當今世界迫切需要解決的問題。

膨脹石墨(EG)具有良好的可壓縮性、彈性、熱穩定性、耐腐蝕性等，廣泛應用于密封材料、生物醫用材料、催化載體、吸附材料等[3-6]。膨脹石墨內部和表面有發達的網狀孔結構，比表面積較大，具有較好的吸附性能。又由于膨脹石墨組織上仍由石墨微晶組成，具有鱗片石墨非極性的特性。膨脹石墨具有孔徑結構，適合吸附油類物質等非極性有機大分子。

本文采用氧化插層法制備膨脹石墨。研究膨脹石墨對柴油和含油廢水的吸附性能，并與市售的粒狀活性炭進行對比實驗。

2 實驗

2.1 膨脹石墨的制備

以天然磷片石墨(純度為99%，粒度32目和100目)、濃硫酸(98%)、濃硝酸(65%)、過氧化氫、重鉻酸鉀等為原料，采用氧化插層法制備膨脹石墨。其制備工藝流程如圖1所示。

掃描電子顯微鏡(SEM，JSM-6360LA，日本電子)用來表征膨脹石墨的孔結構。

2.2 吸附實驗

2.2.1 靜態吸附

采用重量法來測定膨脹石墨對柴油的吸附量。其實驗方法為:稱量一定量膨脹石墨M0放入濾網中，然后浸泡于柴油中一段時間，取出掛滴30min(至無液滴滴下)，稱重得M1;倒出吸油后的EG，稱取粘油的濾網重量M2，則:

膨脹石墨的吸附量=M1-M2-M0

其中，M1為膨脹石墨吸油后濾網和膨脹石墨的質量，M2為膨脹石墨吸油后膨脹石墨的質量，M0為膨脹石墨吸油前膨脹石墨的質量。

2.2.2 動態吸附

利用自制的動態吸附裝置對含油廢水進行動態吸附實驗，含油廢水采自某煉油廠最終排放口處。用5B-1型COD快速測定儀測定吸附前后的COD值。吸附實驗裝置如圖2所示。

3 結果與討論

3.1 膨脹體積對膨脹石墨靜態吸附柴油性能的影響

為了考查膨脹石墨的膨脹體積對其吸附柴油性能的影響，采用粒徑為32目天然鱗片石墨經插層后在不同的溫度下膨化，制備出膨脹體積分別為380mL/g、280mL/g和180mL/g的膨脹石墨。將此三種膨脹石墨對柴油進行靜態吸附實驗。圖3是不同膨脹體積的膨脹石墨對柴油的靜態吸附曲線。由圖3可見，膨脹石墨吸附大分子的柴油時，在很短的時間內就能達到飽和。1分鐘內就能達到1小時吸附的99％，1小時后變化很小，因此可認為1h即達到飽和吸附。膨脹體積為380mL/g、280mL/g和180mL/g的膨脹石墨的飽和吸附量分別為54g/g、35g/g和21g/g。

圖4是膨脹體積分別為380mL/g、280 mL/g和180mL/g膨脹石墨孔結構的SEM圖。膨脹石墨孔結構由4級孔組成[10]。由圖4可見，380mL/g膨脹石墨具有更大的空腔結構和更薄的外壁，較大的空腔結構能使其貯存更多的油品。并且較大膨脹體積的膨脹石墨吸油后產生的纏繞空間對其吸附量也是很重要的。所以，膨脹石墨的膨脹體積越大，其對柴油的靜態飽和吸附量越大。

3.2 膨脹石墨與活性炭對柴油的靜態飽和吸附量對比

圖5為膨脹石墨與活性炭對柴油的飽和吸附量圖。由圖5可見，膨脹石墨對柴油的飽和吸附量為54g/g，活性炭對柴油的飽和吸附量僅為4g/g。膨脹石墨為非極性材料，具有網絡狀孔隙結構，其孔結構主要以大孔和中孔為主。這就決定了膨脹石墨適合吸附油類等非極性的大分子物質。活性炭的孔結構主要以微孔和中孔為主，有兩端敞開或一端封閉的毛細管孔和呈狹縫型或錐形的孔，難以產生較大的貯油空間，所以吸附量較小[7，8]。

3.3 填充密度對膨脹石墨動態吸附含油廢水性能的影響

不同填充密度的膨脹石墨動態吸附含油廢水的COD曲線。由圖6可見，隨著填充密度的增大，膨脹石墨對含油廢水的處理效果越好。這可能是由于隨著填充密度的增大，堆垛的膨脹石墨之間的大孔隙減少，減小了膨脹石墨之間所形成的纏繞空間，進而增加了膨脹石墨非極性表面與水中油微粒的接觸機會，并在一定程度上起到了阻滯水流的作用，因此吸附效果較好[14]。但是過大的填充密度會引起吸附柱堵塞現象發生，影響了工作效率。因此，應該合理控制膨脹石墨的填充密度，以滿足實際使用要求，本實驗最佳填充密度為9g/L。

3.4 膨脹體積對膨脹石墨動態吸附含油廢水性能的影響

采用粒徑為32目和100目天然鱗片石墨制備的膨脹石墨其膨脹體積分別為380mL/g和100mL/g。不同膨脹體積(100mL/g和380mL/g)的膨脹石墨動態吸附含油廢水的COD曲線。由圖7可知，膨脹石墨的膨脹體積越大，其對含油廢水的吸附效果越好。經過5小時吸附后膨脹體積為100mL/g和380mL/g的膨脹石墨分別把水樣的COD從87降到74和53。

3.5 活性炭與膨脹石墨吸附含油廢水性能的對比

膨脹石墨與活性炭吸附含油廢水的COD曲線。由圖8可知，膨脹石墨吸附含油廢水效果比活性炭要好的多，經過5h吸附后，活性炭和膨脹體積為380mL/g的膨脹石墨分別把水樣的COD從87降到83和50。

4 結論

膨脹石墨對柴油和含油廢水均有較好的吸附效果。膨脹石墨的膨脹體積越大，膨脹石墨對柴油的靜態飽和吸附量越大。膨脹體積為380mL/g的膨脹石墨對柴油的飽和吸附量可達54g/g。而活性炭對柴油的飽和吸附量僅為4g/g。對實際含油廢水進行動態吸附時，膨脹石墨填充密度對膨脹石墨吸附性能影響較大，最佳填充密度為9g/L。膨脹石墨的膨脹體積越大，其對含油廢水動態吸附效果越好。膨脹體積為380mL/g和100mL/g的膨脹石墨吸附含油廢水5h后其COD由87分別降至53和74。而活性炭吸附含油廢水5h后其COD為83，其吸附效果較差。

參考文獻

[1] Toyada M，Inagaki M.[J].Carbon， 2000.

[2] 曹宏，覃柳昕.[J].武漢化工學院學報，2004.

[3] 李冀輝，劉淑芬.[J].化學世界，2005.

[4] 曹乃珍，沈萬慈，溫詩鑄，等.[J].炭素，1996.

[5] 劉志雄.[J].新型炭材料，1996.

[6] 周偉，兆恒，胡小芳，等.[J].水處理技術，2001.