磁性生物炭吸附劑對苯胺的吸附研究

吳志斌

(東莞市望牛墩乙炔有限公司，廣東 東莞 523287)

0 引言

將磁性介質負載到活性炭上，使活性炭具有磁性，從而利用磁分離技術對活性炭進行分離、回收。這種制備方法與傳統的再生活性炭相比，不僅增強了活性炭的吸附選擇性、提高了其吸附能力，并且重生操作簡單和節省時間。所以關于如何開發與應用磁性活性炭，在化工及環境工程等領域中是一門非常熱門的研究項目[1]。

本研究將鐵氧化物負載到生物炭上，制備出具有磁性炭復合材料的吸附劑，以苯胺作為模擬廢水，探討吸附劑的最適投加量、最適初始濃度、吸附的最佳時間、吸附適宜的溫度等條件對吸附效果，從而獲得最佳吸附條件，為開發使用吸附劑并能達到最佳效果提供一定的科學理論參考依據。

1 材料與方法

1.1 儀器和試劑

UV-1800型紫外可見分光光度計(上海美譜達儀器有限公司)； pHS-3C型pH計(上海儀電科學儀器股份有限公司)；DFL-101S型集熱式恒溫加熱磁力磁攪拌器(鞏義市予華儀器有限公司)。硫酸亞鐵，硫酸鐵，三氯化鐵均為分析純(天津市光復科技發展有限公司)，苯胺為分析純(廣州新建精細化工廠)。

1.2 實驗方法

1.2.1 生物炭的制備

取出一定量的麻風樹種子殼，加入一定量的磷酸溶液，浸泡24h，傾倒酸液，用蒸餾水反復沖洗至中性，放入恒溫鼓風干燥箱中在80℃下干燥8h，移至馬弗爐在600℃下烘烤1h，用研卜將燒好的炭搗碎，用60目篩子篩選細小粉末顆粒放好備用。

1.2.2 磁性生物炭的制備

秤取制備好的生物炭9g，加入100mL的Fe2+溶液和100mL的Fe3+溶液和條形磁鐵，在室溫下利用磁力攪拌器攪拌半個小時，于恒溫65℃水浴中快速攪拌，緩慢滴加1mol/LNaOH溶液調節pH=10～11攪拌60min，移至80℃水浴條件下層化2h。取出恢復至室溫，用蒸餾水洗滌至洗滌液為中性后進行抽濾，再將放到干燥箱中在60℃干燥6h，用強力磁鐵把有磁性和沒磁性的區分開來，把有磁性的裝好備用。

1.2.3 吸附平衡實驗

稱取一定量的磁性生物碳，添加初始濃度為C0，體積為V的含苯胺的模擬廢水，于恒溫水浴鍋中在一定溫度下震蕩一定時間(t)。根據公式計算出磁性生物炭吸附苯胺的吸附量Q(mg/g)。

式中：C0為苯胺溶液的開始質量濃度(mg/mL)；Ct為吸附劑吸附的時間t之后的苯胺的質量濃度(mg/mL)；V為溶液的體積(mL)；m為加入磁性生物碳的量(g)。

2 結果與討論

2.1 投加量對吸附效果的影響

通常吸附劑的量越大吸附的效果越好，但成本也會增加。磁性生物炭的投加量越大其相對吸附量降低，投加量在0.3g以上時，吸附量隨著投加量的增加而吸附量降低明顯減少，其可能原因跟吸附平衡濃度有關，投加量大平衡濃度越低。但在實際應用中，除了要在滿足排放達標，還要考慮磁性生物炭的成本，結合實際的經濟效益，要合理地選定用量。因此結合上述因素，選擇磁性生物炭的投加量為0.1g最佳。

圖1 投加量對吸附效果的影響

2.2 初始濃度對吸附效果的影響

由圖2可知，隨著苯胺的初始濃度不斷增加，吸附量也不斷增大，當苯胺濃度到達200mg/L以后，吸附量減緩，甚至達到平衡狀態。其原因是吸附劑表面所能吸附的物質的量是一定的，會達到一個飽和的狀態即飽和濃度，此時磁性生物炭達到一個動態吸附的平衡狀態，苯胺將不會被該吸附劑吸附[2]。選取濃度為200mg/L時吸附劑的吸附效果最佳。

圖2 初始濃度對吸附效果的影響

2.3 吸附時間對吸附效果的影響

吸附時間是吸附劑的一個重要參數，在圖3中前90 min吸附劑能快速吸附，原因是有大量的吸附位點在吸附劑的表面上，這些位點可以讓苯胺附著在上面，從而讓苯胺順利的被吸附[3]。而在90-135 min這段時間吸附比較緩慢，原因是大量的吸附位點已經被高濃度的苯胺占據，所以吸附進行緩慢。當吸附時間為165min時，吸附點基本已經被苯胺占據完，即隨著時間的增加吸附量也不會再增加，達到最大的吸附達量。因此，最佳吸附時間為165min。

圖3 吸附時間對吸附效果的影響

2.5 溶液pH對吸附效果的影響

不同的pH值，磁性生物炭吸附劑的吸附效果是有差異。從圖4中溶液的pH值在3到6之間時，其吸附效果顯著，即吸附量下降比較快。而pH值大于6后，其吸附量沒有多大變化。主要原因是苯胺屬于弱堿性離子化合物，處于一定pH值范圍中能產生電離現象，其以分子的形態存在酸性條件下，而以離子形態存在堿性條件下。當苯胺在不以離子形態存在時，其疏水性極好，因此溶液的pH越小，苯胺的非離子形式越多，使得生物炭更易于將苯胺吸收[4]。故在pH為3時，效果最好。

圖4 不同pH對其吸附量的影響

3 結論

本研究得出最佳的吸附狀態為：選用0.1g磁性生物炭作為吸附劑，在苯胺溶液濃度為200mg/L、 pH=3，吸附時間為165min是達到最佳效果，吸附量為68mg/g。