脫灰煤基活性炭吸附處理含鎘廢水

陳春林

（大同煤業金鼎活性炭有限公司,山西 大同 037001）

引 言

工業含鎘廢水的排放是我國當前鎘廢水的主要來源,且其對于水資源的污染十分嚴重［1］。我國對于工業廢水中鎘廢水的最高排放質量濃度設定為0.1mg/L－1,目前卻很難有企業達到廢水排放標準,也就造成了鎘廢水處理問題的日益嚴重化。在鎘廢水的處理中,主要有化學法、物理法和微生物法3種。其中,利用脫灰煤基活性炭吸附法處理含鎘廢水屬于物理法中的一種,具有環保性,且安全可靠。

1 實驗設計

在活性炭吸附處理含鎘廢水中,可以根據溶液內離子吸附前后的濃度差計算出活性炭的吸附效果,以此作為理論依據,處理含鎘廢水。

1.1 材料與儀器

本次實驗中,選取活性炭E1,進行樣品過篩,得到30目（613mm）活性炭。再對活性炭進行氧化,得到脫灰煤基活性炭。再準備1 000mg/L溶液備用,作為含鎘廢水備用。

原子吸收光譜儀,原子吸收分光光度計,鎘空心陰極燈,紫光分光光度計,電熱恒溫水浴鍋,天平,pH計,干燥箱,滴管,容量瓶,移液管1支,抽濾瓶,漏斗,溫度計,電路,燒杯和濾紙若干。

1.2 實驗方法

1）鎘離子測定：將準備好的溶液用原子吸收的方式,在波長為220.0nm的狀態系測試其吸光度,并由相關曲線求出其濃度［2］。

2）活性炭吸附容量測定：取100mL鎘溶液和pH計到燒杯中,取一定量的活性炭,將溫度設置到吸附溫度后,抽濾,測定濾出液體的pH值和鎘離子濃度,并計算出活性炭吸附容量。

3）吸附速度測定：取一定量的活性炭,放置到鎘溶液中,測定鎘溶液中活性炭的濃度,采用時間對比的方式畫出吸附速度曲線。

1.3 活性炭吸附測定

1）表面酸度測量：取0.5g活性炭＋20mL NaOH放于燒瓶中,于80℃之下加熱6h,再與未用過的NaOH進行對比。

2）再生測量：取0.2g活性炭,借助不同的再生劑對其進行再生,待一定的時間后進行洗滌烘干,再進行第2次吸附。保證外部環境一定的情況下,觀察對比第1次、第2次的吸附效果,并以此計算吸附量和再生率。

2 實驗數據處理

2.1 吸附量計算［見公式（1）］

式中：Q0代表了溶液最大吸附量；Ce代表了活性炭處理后剩余的濃度；q代表了活性炭的吸附量；K代表常數。

2.2 吸附速度計算

吸附速度是溶質擴散到炭表面的速度,從而占領炭表面空隙的時間。在溶液的吸附速度計算中,通過對吸附濃度、時間等數據的掌握,可以計算出吸附速度,見公式（2）。

3 脫灰煤基活性炭吸附處理含鎘廢水

3.1 活性炭吸附效果

標準曲線圖如圖1所示。

圖1 標準曲線圖

3.2 各因素對吸附能力的影響

3.2.1 吸附時間對活性炭吸附能力的影響

活性炭在吸附鎘離子時,常常會收到孔結構、碳量等影響,從而影響吸附時間。根據相關調查,活性炭在吸附鎘離子時,剛開始比較快,隨著時間的延長,吸附量變化不大,其吸附平均時間以3d最佳［3］,如表1所示。

表1 吸附量與時間關系①

3.2.2 活性炭用量對吸附能力的影響

相同的溶液,隨著活性炭的增加,其濃度降低,且鎘離子也減少。在活性炭吸附鎘離子中,可以通過適當增加活性炭的用量,保證污水處理。在本次實驗中,選取0.2g活性炭。結果見表2。

表2 活性炭用量對吸附的影響①

3.2.3 pH對吸附能力的影響

在活性炭的吸附中,其主要原理是物理吸附。但也有因為活性炭表面氧化物的原因而選擇化學吸附的。吸附量與pH值關系見圖2。

據相關資料報道,活性炭在吸附鎘離子時,其最合適的pH值為5。在本次實驗中,當pH＜3時,其吸附量為1mg/g；當pH值＝5時,其吸附量減少。pH值增大,吸附的鎘離子減少。有圖2可知,當pH 在5.5左右,其吸附能力最佳［4］。

圖2 吸附量與pH的關系

3.2.4 溶液質量濃度對吸附能力的影響（見表3）

表3 溶液質量濃度對活性炭的影響①

在靜態實驗中,相同條件下,溶液濃度越高,吸附效果越好,去除率越低。因此,合理利用溶液濃度處理鎘廢水,有利于廢水處理,進而優化工廠的廢水處理技術,促進工廠廢水排放達標,保證人民的用水安全。

3.2.5 溫度對吸附能力的影響

本次實驗選用15mg/L的溶液,將其放置到三角燒瓶中,再取用0.2g活性炭,對其進行不同溫度的2H抽濾,測定溶液鎘離子的濃度。

從物理學的角度講,活性炭在吸附的過程中處于放熱狀態,所以外界高溫不利于活性炭的吸附。但在本次實驗中,隨著溫度的增高,活性炭的吸附能力增強,見圖3。由此可以看出,活性炭對于鎘離子的吸附屬于化學吸附。在活性炭處于化學吸附的情況下,吸附能力會隨著溫度的升高而增強。溫度升高,活性炭內部的分子和離子處于活躍狀態,從而導致其運動加大,吸附速度加快,吸附量增加。

圖3 溫度對吸附能力的影響

4 結束語

在實際處理廢水中,通過脫灰煤基活性炭吸附含鎘廢水可以有效地降低廢水中鎘離子,進而促進廢水處理后達標。利用活性炭吸附技術處理廢水,不僅能夠提高我國水資源的利用率,而且能夠促進我國廢水處理技術的完善,具有一定的實用性。

參考文獻：

［1］ 張福凱,徐龍君,張丁月.脫灰煤基活性炭吸附處理含鎘廢水［J］.環境工程學報,2014,8（2）：559－562.

［2］ 吳永紅,張兵,沈國良,等.煙煤基活性炭的制備及脫除甲基橙性能［J］.化工進展,2013,32（s1）：88－92.

［3］ 黃冬艷,李娟,江萍,等.污泥－煙煤基活性炭的制備及其對苯酚的吸附性能［J］.環境工程學報,2016,10（10）：5931－5936.

［4］ 吳永紅,張兵,肖大君.寧夏無煙煤基活性炭的制備及吸附性能研究［J］.化工新型材料,2015,5（11）：105－107.