活性炭處理環己酮廢水研究

王永義，潘中耀，彭清靜

（1.河南省駐馬店農業學校，河南 駐馬店 463000；2.吉首大學 生物資源與環境科學學院，湖南 吉首 416000）

1 引言

環己酮是一種重要的溶劑和有機化工中間體，我國每年產生大量的環己酮廢水。環己酮廢水排入自然界會改變土壤性質，惡化水質，污染空氣，引起生物群落結構變化，導致生態失衡；環已酮進入人體可導致中毒，且有一定的致癌作用［1］。

目前，環己酮廢水通常采用重油燃燒法與微生物降解法處理。重油燃燒法處理效率雖高，但費用高、空氣污染嚴重，而微生物降解法處理效率偏低［2］。因此，探索經濟高效的環已酮廢水處理方法具有十分重要的意義。

吸附法是一種操作簡便、可實現廢水有用成分回收利用、對高低濃度廢水均適用的物理化學方法，已大量用于廢水處理，是解決水資源供需矛盾和防止環境污染的重要途徑［3，4］。本文以模擬環己酮廢水為對象，研究了活性炭對環己酮的吸附特性。

2 材料與方法

藥品選用環己酮、三氯甲烷、氯苯、鹽酸、氫氧化鈉（均為分析純）、活性炭（ZJ15型）。

廢水中環已酮含量測定方法以氣相色譜儀（GC900A型）測定環己酮的含量（內標物為氯苯）。

氣相色譜儀工作條件為柱溫：80℃；氫焰為120℃；汽化為160℃；H2流量為30mL／min；空氣為300mL／min；氮氫流量比為1.45∶1；分析柱為內徑φ0.25，OV－17毛細管柱。

校正系數的測定，配制4.0g／L的氯苯、環己酮的三氯甲烷溶液，每次取2.0μL溶液注入色譜儀。按公式f＝（mi·As）／（ms·Ai）計算校正系數f［5］。測定結果見表1。

據公式：

式中mi為環己酮的含量，g；Ai為環己酮的峰面積，μv·s；ms為氯苯的含量，g；As為氯苯的峰面積，μv·s。計算出環己酮（mi）的含量。

表1 校正系數測定結果

3 分析與討論

3.1 等溫吸附曲線

配制0.5g／L、1.0g／L、1.5g／L、2.0g／L、2.5g／L、3.0g／L、3.5g／L、4.0g／L的模擬環己酮廢水。取各種濃度的環己酮廢水100mL置于8個錐形瓶中，分別加入1.0g活性炭。在20℃下吸附60min。測定處理后環己酮的濃度，計算活性炭對環己酮的吸附量。繪制等溫吸附曲線。等溫吸附曲線與Langmuir模型擬合，得出活性炭吸附量與濃度關系的方程［6，7］。按照同樣的方法做30℃時的等溫吸附曲線。

由圖1可知，20℃時活性炭對環已酮的吸附效果較好，單位質量活性炭吸附環己酮的量隨著環己酮濃度的升高而升高。環己酮濃度在2.0g／L之前，上升趨勢較快；濃度在2.0g／L之后，上升趨勢減緩。說明隨著濃度的增加，活性炭的吸附量越來越接近于飽和吸附量。對濃度為2.0g／L環己酮廢水中環已酮的去除率達到85.2%。

對圖1中的20℃和30℃的吸附等溫線用Langmuir吸附等溫式處理。得到20℃吸附等溫方程式為y20＝0.004 5x＋0.002，相關系數R20＝0.995 9；30℃的吸附等溫方程式為y30＝0.006x＋0.002 2，相關系數R30＝0.994 9。

由Langmuir方程：

式中Q為活性炭的吸附量mg（環已酮）／g（活性炭）；k1為Langmuir平衡常數；Qm為飽和吸附量，mg（環已酮）／g（活性炭）。

由圖2可以得出，直線斜率1／（k1·Qm）＝0.004 5，截距1／Qm＝0.002，求得Qm＝500.0，k1＝0.44。故20℃時濃度與吸附量的關系式為：Q20＝222.22C／（1＋0.44C）。

圖2 Langmuir擬合等溫線

同理，30℃時濃度與吸附量的關系式為Q30＝168.18C／（1＋0.37C）。由Langmuir擬合后得出的等溫吸附方程可得活性炭對環己酮的飽和吸附量為500.0mg／g，說明活性炭對環己酮的吸附非常容易進行。

3.2 活性炭加入量對吸附量的影響

取100mL 2.0g／L的環己酮溶液8份，置于錐形瓶中，分別加入0.25g、0.5g、1.0g、1.5g、2.0g、2.5g、3.0g、3.5g活性炭。在 20℃下，振蕩吸附60min，過濾各個水樣，加入萃取劑后靜置30min［8］。測定處理后環己酮的含量并計算去除率。

由圖3可知，活性炭加入量越多，其對廢水中環己酮的處理效果越好。但隨著活性炭加入量的增多，單位質量活性炭吸附環己酮的量減少，活性炭利用率降低。在100mL 2.0g／L的環己酮溶液中，加入2.0g活性炭時環已酮的去除率達到84.3%。在20℃，用活性炭處理環己酮2.0g／L的廢水，振蕩吸附1h，加入活性炭量以20g／L為宜。

圖3 活性炭的加入量對環己酮去除率的影響

3.3 吸附時間對吸附量的影響

取100mL 2.0g／L的環己酮溶液9份，置于錐形瓶中，每份加0.5g活性炭，分別在20℃下振蕩吸附 0min、15min、30min、45min、60min、75min、90min、105min、120min過濾水樣，加入萃取劑，靜置30min。測量處理后的環己酮濃度，計算去除率。

由圖4可知，在振蕩條件下，60min以前，活性炭對環己酮去除率隨時間增加有明顯增加；在60min以后，隨時間增加，活性炭對廢水中環己酮去除率無明顯增加，故吸附飽和時間為60min。

圖4 時間對去除率的影響

3.4 吸附溫度對吸附量的影響

取100mL 2.0g／L的環己酮溶液8份，置于錐形瓶中，每份加0.5g活性炭，溫度分別調節為10℃、15℃、20℃、25℃、30℃、35℃、40℃，45℃。振蕩吸附60min，過濾水樣，加入萃取劑，靜置30min，測量處理后環己酮的濃度，計算去除率。

由圖5可知，溫度對去除效果的影響非常明顯。隨溫度的升高，活性炭對環己酮的處理率及吸附量均明顯降低。在30℃之后，活性炭對環己酮的吸附下降趨勢較快。這是因為吸附為放熱反應，溫度降低，反應容易向正向進行。在工業應用中，盡量將廢水的溫度降低或者保持常溫以提高活性炭的利用率。

圖5 溫度對去除率的影響

3.5 pH值對吸附量的影響

取100mL 2.0g／L環己酮溶液6份，置于錐形瓶中，采用鹽酸溶液或氫氧化鈉溶液調節水樣的pH 值分別為2，3，4，5，6，7，8和9，分別加入1g活性炭，在20℃時振蕩吸附60min，然后將各個錐形瓶內的溶液進行過濾，加入萃取劑，靜置30min，測量吸附后環己酮的含量，并計算去除率。

由圖6可知，活性炭對廢水中環己酮去除率在pH值為5時最大，為163.4mg／g。此時去除率最高，為81.7%。這是由于在弱酸性條件下，分子化程度高，而活性炭對非離解的分子狀態比離解的分子狀態吸附量大。2.0g／L的模擬環己酮廢水的pH值為4.5，而含環己酮的工業廢水pH值一般在4～7之間。故不需要加入酸堿調節劑，或加少量酸堿調節劑就能達到較高的去除率。

圖6 pH值對去除率的影響

［1］唐麗華.環己醇和環己酮生產中BI廢水的綜合利用［J］.化工環保，1997，17（2）：100～104.

［2］李方文，馬淞江.焚燒法處理環己酮生產中的皂化液［J］.環境污染治理技術與設備，2005，6（1）：81～83.

［3］姜軍清，黃衛紅，陸曉華.活性炭纖維處理含酚廢水的研究［J］.工業水處理，2001，21（3）：20～22.

［4］張梅梅.粉末活性炭在凈水處理中的應用［J］.河北煤炭，2006，16（1）：34～35.

［5］陳貽文，李慶宏，黃文亮.有機儀器分析［M］.長沙：湖南大學出版社，1996.

［6］郭子成，孫淑巧.鈣礬石吸附水的模型及等溫式［J］.物理化學學報，2000，16（17）：667～671.

［7］張 淼.Langmuir吸附模式及其應用［J］.西北水資源與水工程，1995，6（1）：51～54.

［8］王海榮，劉秉濤，邵 堅.活性炭纖維處理苯酚廢水的靜態吸附性能研究［J］.鄭州大學學報：理學版，2006，38（1）：88～90.