油墨廢水去除COD用竹炭的活化與再生

吳秋艷，操婷婷，沈宏坤，趙茹茹

（池州學(xué)院 材料與化學(xué)工程系，安徽 池州247000）

油墨廢水去除COD用竹炭的活化與再生

吳秋艷，操婷婷，沈宏坤，趙茹茹

（池州學(xué)院 材料與化學(xué)工程系，安徽 池州247000）

近年來油墨廢水的排放量日漸增多，其化學(xué)需氧量（COD）超標(biāo)現(xiàn)象嚴重。而竹炭具有良好的吸附能力，在油墨廢水處理方面有著廣泛的應(yīng)用前景。為了提高竹炭吸附去除油墨廢水中COD的能力，對竹炭的氫氧化鈉活化及高溫烘焙再生進行了研究。實驗結(jié)果表明：氫氧化鈉活化的最佳條件為4.0mol/L氫氧化鈉浸泡24h，竹炭經(jīng)活化處理后，對油墨廢水COD的吸附率有顯著提升；竹炭再生的最佳條件為400℃下烘焙60 min，二次再生率可達89%。

竹炭；活化；再生；化學(xué)耗氧量（COD）

前言

水性油墨簡稱水墨，水性油墨是用水作為主要溶劑或分散介質(zhì)來代替?zhèn)鹘y(tǒng)油墨中占30%～70%的有毒有機溶劑，可以大大降低生產(chǎn)過程中有機溶劑的使用量，減小對油墨制造者和印刷操作者的健康損害，減少釋放到空氣中的揮發(fā)性有機物的量，是一種新型綠色印刷材料[1]。隨著環(huán)保要求的不斷提高，水性油墨的發(fā)展相當(dāng)迅速。但是在水性油墨的生產(chǎn)和應(yīng)用過程中，由于設(shè)備清洗會產(chǎn)生一定數(shù)量的廢水，此廢水的特點是成分復(fù)雜、色度很高、COD值較大、難生物降解，直接排放會對水體造成嚴重的污染[2]。因此采取必要措施減少油墨廢水對環(huán)境的影響是迫在眉睫。國內(nèi)外對油墨廢水的處理已做了大量的研究，物理法、化學(xué)法，生物法都有被采用，主要有吸附、氣浮、超濾、化學(xué)混凝、鐵屑微電解、光催化氧化、化學(xué)氧化、水解酸化或各工藝組合[3]，各有其優(yōu)缺點。竹炭質(zhì)地堅硬，細密多孔，具有較大的比表面積和很強的吸附性，已在水質(zhì)處理等領(lǐng)域有所應(yīng)用[4-10]。我國的竹資源豐富，勞動力成本低，具有生產(chǎn)竹炭的天然優(yōu)勢。因此，利用竹炭處理油墨廢水具有較好的應(yīng)用前景。

為了提高竹炭對油墨廢水COD的吸附效果，本實驗以池州某造紙企業(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的油墨廢水為研究對象，探究了竹炭的活化及再生處理對其吸附的影響，確定了活化和再生的最佳條件，為竹炭在油墨廢水處理方面的應(yīng)用提供了一定的理論依據(jù)。

1 實驗材料與方法

1.1 儀器與試劑

儀器：

WK-150A小型超微粉碎機 （山東省青州市精誠機械制造有限公司）；DH6-924385-Ⅲ電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱 （上海新苗醫(yī)療器械制造有限公司）；SHB-3循環(huán)水多用真空泵 （鄭州杜甫儀器廠）；FA2104N電子天平(上海菁海儀器有限公司)；SXL-1008程控箱式電爐（上海精宏實驗設(shè)備有限公司）

試劑：

實驗所用試劑重鉻酸鉀、鄰菲羅啉、六水硫酸亞鐵銨、七水硫酸亞鐵、硫酸銀、氫氧化鈉、濃硫酸和鹽酸等，均為分析純。

1.2 竹炭的活化

稱取一定量的竹炭粉末浸泡于氫氧化鈉溶液中，固液比為1:10，用水漂洗至中性，在105℃干燥兩小時，備用。

1.3 竹炭的再生

將吸附飽和的竹炭粉末(未經(jīng)活化處理)置于箱式電爐中高溫焙烘再生。

1.4 指標(biāo)測試

1.4.1 竹炭對油墨廢水COD的吸附

稱取竹炭粉末4.0 g于錐形瓶中，加入1:6稀釋后的100 mL油墨廢水試樣，攪拌吸附1 h，過濾，測定竹炭吸附前后的油墨廢水COD值。

采用河道修復(fù)技術(shù)時，可以種植優(yōu)良水生植物以及具有修復(fù)水環(huán)境功能的水草，借助其自然功能改善水體環(huán)境，同時對河流中的磷、氮元素的控制也有一定的控制作用，最終達到降低河流中過量營養(yǎng)元素、保障水體水質(zhì)的效果。

1.4.2 COD采用重鉻酸鉀法（CB11914-89）測定竹炭對油墨廢水中COD的吸附率按下式計算：

式中，η為竹炭對油墨廢水COD的吸附率；

C0為竹炭吸附前油墨廢水的COD初始濃度（mg/L）；

Ce為竹炭吸附后油墨廢水的COD濃度（mg/L）。

2 結(jié)果與討論

2.1 氫氧化鈉浸泡法活化

為了提高竹炭的吸附能力，采用氫氧化鈉對竹炭進行了活化處理。分別考察了活化時間及氫氧化鈉濃度對竹炭的活化效果的影響。

2.1.1 活化時間 竹炭在3 mol/L氫氧化鈉中浸泡活化不同時間（6 h、12 h、18 h、24 h、30 h）后對油墨廢水COD的吸附率見圖1。

圖1 氫氧化鈉活化時間對竹炭活化效果的影響

由圖1可以看出，隨著氫氧化鈉浸泡活化時間的延長，竹炭對油墨廢水COD的吸附率逐漸提高，24 h后基本達到平穩(wěn)。

2.1.2 氫氧化鈉濃度 竹炭在不同濃度的氫氧化鈉溶液中 （1.0 mol/L、2.0 mol/L、3.0 mol/L、4.0 mol/L、6.0 mol/L）浸泡活化24 h后，竹炭對油墨廢水COD的吸附率見圖2。

由圖2可以看出，隨著氫氧化鈉濃度的不斷增大，竹炭對油墨廢水COD的吸附率不斷提高，氫氧化鈉濃度為4.0 mol/L時，COD吸附率達到最大，之后略有下降。

圖2 氫氧化鈉濃度對竹炭活化效果的影響

由此可見，氫氧化鈉浸泡法對竹炭的活化效果明顯。這主要是由于經(jīng)過氫氧化鈉活化的竹炭表面堿性含氧基團大量增加，增強表面的非極性，從而提高竹炭對非極性物質(zhì)的吸附性能，在一定程度上有助于對某些污染物質(zhì)特別是有機物的吸附[11]。

2.2 竹炭再生

為了研究竹炭的重復(fù)利用率，采用高溫烘焙法對竹炭進行了再生處理。分別考察了烘焙溫度及烘焙時間對商品竹炭的再生效果的影響。

2.2.1 烘焙溫度 吸附飽和的竹炭分別在不同溫度下 （300℃、350℃、400℃、450℃、500℃） 烘焙60 min后對油墨廢水中COD的吸附率見圖3。

圖3 烘焙溫度對竹炭再生效果的影響

由圖3可以看出，在烘焙時間為60 min時，隨著烘焙溫度的升高，竹炭對油墨廢水COD的吸附率先增大后減小，在400℃時吸附率最高。

2.2.2 烘焙時間 吸附飽和的竹炭在溫度為350℃時烘焙不同時間后 （20 min、40 min、60 min、80 min）對油墨廢水中COD的吸附率見圖4。

圖4 烘焙時間對竹炭再生效果的影響

從圖4可以看出，在烘焙溫度為350℃時，隨著烘焙時間的延長，竹炭對油墨廢水COD的吸附率先增加后降低，烘焙60 min時吸附率最高。

總體看來，高溫烘焙法再生效果較好。在高溫下，竹炭吸附的各種污染物發(fā)生解吸，并且大部分被炭化分解，竹炭的空隙得到疏通釋放，從而可以再次利用。但是由于隨著溫度升高，竹炭的灰份也隨之增加，竹炭的孔隙可能發(fā)生坍塌，部分物質(zhì)炭化沉積，比表面積和孔容減小，竹炭的吸附率也就降低[12]。因此，最適宜的烘焙溫度應(yīng)選擇400℃。而烘焙時間過長，竹炭的部分孔隙可能被炭化所損壞，導(dǎo)致吸附率下降。所以，竹炭再生的烘焙時間應(yīng)選擇60 min為宜。

與再生之前竹炭的COD吸附率（40.3%）比較，再生之后竹炭的吸附率反而增高。這可能主要是因為竹炭吸附的污染物在高溫炭化過程中又形成了新的孔隙，并且實驗所用竹炭為土窯燒制，不能精確地控制炭化溫度，炭化不完全，孔隙沒有完全打開。經(jīng)過高溫再生后，炭化程度提高，竹炭的比表面積增大，所以導(dǎo)致竹炭對COD的吸附率較再生前升高。將一次再生后吸附飽和的竹炭進行二次再生，再生率可達到89%，仍然保持了較高的吸附能力。

3 結(jié)論

綜上所述，采用氫氧化鈉活化處理以后的竹炭對油墨廢水COD的吸附能力有較大的提高，最佳的活化處理工藝是4.0 mol/L氫氧化鈉浸泡 24 h。而竹炭經(jīng)過高溫烘焙再生后，仍能保持較高的COD吸附率，最佳再生條件為：400℃烘焙60min。

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[責(zé)任編輯：錢立武]

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1674-1104(2014)03-0031-03

10.13420/j.cnki.jczu.2014.03.009

2013-12-04

池州學(xué)院研究生引進項目（2010RC001）；安徽省級大學(xué)科技創(chuàng)新訓(xùn)練項目（AH201311306141）。

吳秋艷（1984-），女，安徽石臺人，池州學(xué)院材料與化學(xué)工程系，助理實驗師，碩士，主要從事環(huán)境化學(xué)與環(huán)境監(jiān)測方向的研究工作。