活性炭對蒽醌模擬廢水的吸附能力研究

李海峰，陳秀琴，陸　璐，令狐文生

(紹興文理學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院，浙江　紹興　312000)

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活性炭對蒽醌模擬廢水的吸附能力研究

李海峰，陳秀琴，陸璐，令狐文生

(紹興文理學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院，浙江紹興312000)

使用活性炭作為吸附劑，吸附模擬廢水中的1-氨基蒽醌，考察了吸附劑投放比，1-氨基蒽醌初始濃度，反應(yīng)時(shí)間，反應(yīng)溫度對吸附效果的影響。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)1-氨基蒽醌初始濃度為134 mg/kg，活性炭對其吸附效果最好，而當(dāng)溶液初始濃度為27 mg/kg，溫度為35 ℃，活性炭的投放比達(dá)到0.5 g/L時(shí)，30 min后達(dá)到吸附平衡并且氨基蒽醌去除率高達(dá)86.7%，由此可見，活性炭的吸附能力較高，吸附速度較快，可以作為廢水中去除氨基蒽醌的有效吸附劑。

活性炭；蒽醌類廢水；吸附劑

氨基蒽醌作為重要的染料中間體，屬于溶解度低, 熔點(diǎn)高, 性質(zhì)穩(wěn)定, 難以生物降解的染料廢水。研究表明部分蒽醌類化合物具有光敏活性,因此,排放到水環(huán)境中的此類物質(zhì)吸收可見光后可能發(fā)生光化學(xué)反應(yīng),對水生生態(tài)系統(tǒng)造成嚴(yán)重的威脅[1]。而且染料廢水色澤較深,直接排入河流會(huì)妨礙日光在水中的透射, 不利于水生植物及藻類的光合作用, 會(huì)減少水生動(dòng)物的食餌并降低水中的溶解氧濃度, 從而影響水生動(dòng)物的生長[2]。因此，研究蒽醌廢水的處理對環(huán)境保護(hù)具有重要意義。

目前處理蒽醌廢水的方法主要有物理法(吸附法、絮凝法)、化學(xué)氧化法(高氧化態(tài)氧化物氧化法、臭氧氧化法、復(fù)合氧化法、光解法、電化學(xué)法)以及生物法[3]。其中，吸附法適用范圍廣, 處理效果好，是處理蒽醌廢水的有效方法。而活性炭具有良好的吸附性，具有無毒害，易與廢水分離等特點(diǎn)[4]，是在處理蒽醌廢水時(shí)理想的吸附劑。

1　實(shí)驗(yàn)部分

1.1儀器

VIS-7220可見分光光度計(jì)，北京瑞利儀器公司；飛鴿系列離心機(jī)，上海安亭科學(xué)儀器廠；KQ-5200DA數(shù)控超聲波清洗器，昆山市超聲波設(shè)備有限公司； BS2245電子分析天平，北京賽多利斯儀器系統(tǒng)有限公司；PHS-3C PH計(jì)，上海科學(xué)精密儀器有限公司。

1.2材料與試劑

材料：活性炭，20～40目硅藻土，殼聚糖。

試劑：實(shí)驗(yàn)所用的氨基蒽醌模擬廢水由1-氨基蒽醌(分析純)、去離子水、乙醇、甲醇配制而成，濃度范圍為5～170 mg/kg。

1.3實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1氨基蒽醌標(biāo)準(zhǔn)曲線繪制

采用可見光度法測定模擬廢水中的1-氨基蒽醌濃度。最低檢出濃度為0.95 mg/L。用1-氨基蒽醌的標(biāo)準(zhǔn)溶液配制一系列標(biāo)樣溶液，且待測的1-氨基蒽醌濃度在這一范圍內(nèi)。用紫外分光光度計(jì)在376 nm波長處測量其吸光度(比色皿前加紫色濾光片)，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，如圖1所示。然后測定樣品吸光度，消除空白，對照上述標(biāo)準(zhǔn)曲線求得的樣品中的1-氨基蒽濃度。

圖1　氨基蒽醌標(biāo)準(zhǔn)曲線

用靜態(tài)吸附實(shí)驗(yàn)研究活性炭對1-氨基蒽醌的去除能力，對其去除效果與吸附劑用量及溶液初始濃度等的關(guān)系進(jìn)行研究分析。

在100 mL錐形瓶中，加入已知濃度的1-氨基蒽醌溶液，然后再加入一定量活性炭，室溫下振蕩一段時(shí)間，吸附完成后用離心機(jī)(或抽濾)將活性炭與吸附殘液分離，取清液用分光光度儀測定其中殘余1-氨基蒽醌濃度，按照公式(1)計(jì)算活性炭吸附量，公式(2)計(jì)算氨基蒽醌去除率。

(1)

(2)

式中：C0——吸附前1-氨基蒽醌濃度，mg/kg

C——吸附后1-氨基蒽醌濃度，mg/kg

V——吸附溶液體積，L

M——吸附劑質(zhì)量，g

1.3.2不同種類吸附劑的吸附效果比較

秤取相同質(zhì)量的不同種類吸附劑吸附相同條件下的蒽醌廢水，離心后對比吸附前后廢水中氨基蒽醌濃度，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，硅藻土與殼聚糖對于1-氨基蒽醌的吸附效果不明顯，而活性炭對蒽醌廢水的吸附效果良好。

2　結(jié)果與討論

2.1吸附劑投放比的影響

取相同濃度的氨基蒽醌溶液，在室溫條件下，分別投加不同質(zhì)量的活性炭吸附，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。

圖2　投放比對活性炭吸附量的影響

結(jié)果表明，活性炭的吸附量隨投放量的增加而降低，從整體圖線可以得出隨著活性炭的投加量減少，其吸附效果越來越好。當(dāng)投加量為1.5 g/L時(shí)，吸附量隨投加量的增加基本不再變化。

2.2溶液初始濃度的影響

配置六份不同濃度的氨基蒽醌模擬廢水于100 mL錐心瓶，分別向其中加入0.01 g活性炭，室溫條件下進(jìn)行吸附實(shí)驗(yàn)。吸附量變化如圖3所示，氨基蒽醌去除率如圖4所示。

圖3　氨基蒽醌初始濃度對活性炭吸附量的影響

圖4　氨基蒽醌初始濃度對去除率的影響

實(shí)驗(yàn)表明，在初始濃度為5～170 mg/kg的實(shí)驗(yàn)范圍內(nèi)，活性炭的吸附量隨溶液初始濃度的增加有上升趨勢，當(dāng)溶液濃度達(dá)到60 mg/kg時(shí)，活性炭的吸附上升趨勢變緩，溶液濃度為140 mg/kg以上時(shí)，活性炭的吸附量不再隨溶液初始濃度變化。而圖4顯示，當(dāng)溶液初始濃度為27 mg/kg時(shí)，活性炭對氨基蒽醌的去除率達(dá)到最大值86.7%。

2.3吸附時(shí)間的影響

圖5　吸附時(shí)間對活性炭吸附時(shí)間的影響

向七個(gè)錐形瓶中分別加0.04 g活性炭，然后各加入濃度為58 mg/kg的氨基蒽醌模擬廢水20 mL，室溫下靜置不同時(shí)間后測量溶液中剩余氨基蒽醌濃度，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖5所示。

圖5結(jié)果表明，活性炭吸附氨基蒽醌廢水的反應(yīng)在30 min內(nèi)完成，30 min后吸附反應(yīng)達(dá)到平衡。這說明活性炭這一吸附劑對廢水的吸附速度較快。在實(shí)際處理廢水中，較快的反應(yīng)速率更有利于凈化

2.4吸附溫度的影響

于100 mL吸附瓶中加入活性炭吸附劑0.01 g，然后加入80 mg/kg氨基蒽醌模擬廢水20 mL，在不同溫度下恒溫吸附1 h，取清液測定其中氨基蒽醌濃度，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖6所示。

圖6　吸附溫度對活性炭吸附量的影響

圖6表明，在吸附溫度由25 ℃上升到55 ℃時(shí)，活性炭的吸附量一直處于上升趨勢，當(dāng)溫度繼續(xù)升高時(shí)，吸附量反而下降。

活性炭吸附存在物理吸附與化學(xué)吸附。高溫不利于物理吸附，但是可加快化學(xué)吸附速率，低溫時(shí)物理吸附占主導(dǎo)，當(dāng)溫度升高時(shí)化學(xué)吸附得到促進(jìn)，故隨著吸附溫度的升高活性炭的吸附量增加。達(dá)到一定的吸附溫度后。化學(xué)吸附達(dá)到了飽和，且在更高的吸附溫度下形成的化學(xué)鍵會(huì)斷裂，故繼續(xù)提高吸附溫度，活性炭對氨基蒽醌的吸附量開始下降。

3　結(jié)　論

一定范圍內(nèi)，活性炭的吸附量隨氨基蒽醌初始濃度的增加而增大，當(dāng)初始濃度大于134 mg/kg時(shí)，吸附量不再隨初始濃度變化，而當(dāng)初始濃度為27 mg/kg時(shí)，廢水的去除率達(dá)到最高值86.7%；活性炭的吸附量受到活性炭投放比的影響，投放比越高，吸附量越低，當(dāng)投放比高于1.5 g/L時(shí)，吸附量幾乎不再變化；活性炭吸附氨基蒽醌的最佳反應(yīng)溫度為35 ℃并在30 min 內(nèi)達(dá)到吸附平衡。

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Study on the Adsorption of Amino-anthraquinone in Wastewater by Activated Carbon

LI Hai-feng, CHEN Xiu-qin, LU Lu, LINGHU Wen-sheng

(College Chemistry & Chemical Engineering, Shaoxing University, Zhejiang Shaoxing 312000, ChIna)

The treatment of amino-anthraquinone waste water by adsorption was studied. The activated carbon was used as the adsorbent to removal of amino-anthraquinone from waste water. The effects of adsorbent dosage, initial amino-anthraquinone concentration, reaction time, reaction temperature on the removal of amino-anthraquinone from waste water were studied. The results showed that the adsorption capacity of amino-anthraquinone was best at the initial concentration of 134 mg/kg. When the initial amino-anthraquinone concentration was 27 mg/kg, the temperature was 35 ℃ and the adsorbent dosage was 0.5 g/L, after adsorption 30 min, the reaction reached equilibrium and the removal percentage of amino-anthraquinone was 86.7%. Therefore, activated carbon can be considered as an effective adsorbent for amino-anthraquinone from waste water.

activate carbon; anthraquinone waste water; adsorbent

李海峰(1995-)，女，應(yīng)用化學(xué)專業(yè)本科在讀，主要從事廢水處理研究。

令狐文生(1968-)，男，主要研究領(lǐng)域?yàn)閺U水處理、固體廢棄物資源化利用。

X703

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1001-9677(2016)01-0103-03