活性炭吸附法處理實驗室甲醛廢水研究*

劉 鑫，熊苓雅，薛佳雯，梁康怡，錢晨伊，李廣超

(江蘇師范大學(xué)化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院，江蘇 徐州 221116)

環(huán)境監(jiān)測實驗室中常進(jìn)行甲醛法測定水中氨氮、水中甲醛的測定及空氣中甲醛測定等實驗，需要使用甲醛試劑，因此這類實驗室廢水中常含有甲醛。由于甲醛對人體健康會產(chǎn)生嚴(yán)重影響，生活飲用水中甲醛的最高允許濃度為0.01 mg/L，漁業(yè)用水中甲醛的最高允許濃度為0.01 mg/L。因此含有甲醛的實驗室廢水需要收集處理后才能排放。廢水中甲醛的處理方法有活性污泥法[1]、芬頓試劑法[2]、光催化氧化法[3]、吸附法[4]等。甲醛濃度較高的廢水通常采用化學(xué)處理法(如芬頓試劑法和光催化氧化法等)，而甲醛濃度較低的廢水可以采用物理處理法(如活性炭吸附法)。

本文采用活性炭靜態(tài)吸附法處理實驗室廢水中的甲醛，考察吸附時間、溫度和pH等條件對實驗室廢水中甲醛去除率的影響。

1 實 驗

1.1 儀器、試劑與材料

主要儀器：UV755B型紫外/可見分光光度計，上海精密科學(xué)儀器有限公司；AL104型電子天平，梅特勒-托利多儀器(上海)有限公司；SHZ-D(Ⅲ)型循環(huán)水真空泵，邦西儀器科技上海有限公司；DGG-9070A型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱，上海森信實驗儀器有限公司；THZ-92C型氣浴恒溫振蕩器，上海博迅實業(yè)有限公司醫(yī)療設(shè)備廠。

主要試劑：硝酸(HNO3，65%～68%，1.42 g/mL，分析純)，上海蘇懿化學(xué)試劑有限公司；甲醛(HCHO，37%～40%，分析純)，成都市科龍化工試劑廠；乙酰丙酮(C5H8O2，99.0%，分析純)，太倉滬試試劑有限公司；冰乙酸(CH3COOH，分析純)，上海蘇懿化學(xué)試劑有限公司。

實驗材料：木質(zhì)活性炭、pH試紙。

1.2 含甲醛水樣

收集環(huán)境監(jiān)測實驗室含甲醛廢水。

1.3 活性炭的處理

取適量活性炭放入400 mL燒杯中，用自來水沖洗多次，洗滌至水呈無色透明，再用去離子水洗滌，煮沸30 min，冷卻，抽濾，在干燥箱中于105 ℃干燥12 h。

1.4 活性炭的硝酸改性處理

取20 mL硝酸于盛有100 mL水的燒杯中，稀釋至250 mL。將干燥后的活性炭用硝酸溶液浸漬，常溫下震蕩1.5 h，抽濾，洗滌，在干燥箱中于105 ℃干燥12 h。

1.5 靜態(tài)吸附實驗

取150 mL水樣于250 mL具塞錐形瓶中，加入定量處理后的活性炭，搖勻，靜態(tài)放置，并定時搖動，每隔一定時間，取出一定量水樣采用乙酰丙酮分光光度法[5]測定處理后水樣中甲醛的濃度，根據(jù)處理前后水樣中甲醛的濃度計算甲醛的去除率。去除率計算公式為：

式中：ρ1、ρ2分別為處理前后廢水中甲醛的濃度。

2 結(jié)果與討論

2.1 吸附時間的確定

稱取5 g處理后的活性炭，加入盛有150 mL水樣的具塞錐形瓶中，搖勻，室溫下靜態(tài)吸附，并定時搖動，每隔0.5 h，吸取10.0 mL水樣至25 mL比色管，加1.0 mL濃度為0.25%乙酰丙酮溶液(pH 6.0)，混勻，沸水浴3 min，冷卻至室溫，在413 nm波長處測定吸光度。以甲醛去除率為縱坐標(biāo)，以吸附時間為橫坐標(biāo)，繪制曲線如圖1所示。

圖1 吸附時間對甲醛去除率的影響

從圖1中可以看出，隨著吸附時間的增加，甲醛去除率逐漸增大，在時間超過1.5 h后，甲醛去除率增加趨勢變緩，本實驗采用1.5 h吸附時間進(jìn)行其他因素的考察。

2.2 溫度對甲醛去除率的影響

稱取5 g處理后的活性炭，加入盛有150 mL水樣的具塞錐形瓶中，搖勻，分別在20 ℃、30 ℃、40 ℃、50 ℃下恒溫水中靜態(tài)吸附1.5 h，并定時搖動。吸取10.0 mL處理后的水樣至25 mL比色管，加1.0 mL濃度為0.25%乙酰丙酮溶液(pH 6.0)，混勻，沸水浴3 min，冷卻至室溫，在413 nm波長處測定吸光度。以甲醛去除率為縱坐標(biāo)，以溫度為橫坐標(biāo)，繪制曲線如圖2所示。

圖2 溫度對甲醛去除率的影響

從圖2中可以看出，隨著處理溫度的升高，甲醛去除率有降低趨勢。因為活性炭吸附甲醛的過程是一個自發(fā)的放熱過程，溫度升高會促使活性炭上的甲醛脫附，從而降低活性炭對甲醛的吸附容量。在溫度不太高的情況下，溫度的改變對甲醛去除率的影響不大，本實驗采用在室溫下進(jìn)行吸附處理。

2.3 水樣pH對甲醛去除率的影響

稱取5 g處理后的活性炭，加入盛有150 mL水樣(pH分別為4、6、8)的具塞錐形瓶中，搖勻，在室溫下靜態(tài)吸附1.5 h，并定時搖動。吸取10.0 mL處理后的水樣至25 mL比色管，加1.0 mL濃度為0.25%乙酰丙酮溶液(pH 6.0)，混勻，沸水浴3 min，冷卻至室溫，在413 nm波長處測定吸光度。以甲醛去除率為縱坐標(biāo)，以pH為橫坐標(biāo)，繪制曲線如圖3所示。

圖3 pH對甲醛去除率的影響

從圖3中可以看出，水樣pH對甲醛去除率有一定影響。pH為8的水樣甲醛去除率比pH 6和pH 4的水樣大，在吸附時調(diào)節(jié)水樣pH為8。

2.4 改性后的活性炭處理實驗室含甲醛廢水

稱取5 g硝酸改性處理后的活性炭，加入盛有150 mL水樣的具塞錐形瓶中，搖勻，室溫下靜態(tài)吸附，并定時搖動。每隔0.5 h，吸取10.0 mL水樣至25 mL比色管，加1.0 mL濃度為0.25%乙酰丙酮溶液(pH 6.0)，混勻，沸水浴3 min，冷卻至室溫，在413 nm波長處測定吸光度。以甲醛去除率為縱坐標(biāo)，以吸附時間為橫坐標(biāo)，繪制曲線如圖4所示。

圖4 吸附時間與甲醛去除率的關(guān)系曲線

由圖4可知，硝酸改性后的活性炭吸附處理實驗室含甲醛廢水，甲醛去除率隨吸附時間的增加而增大，在2 h后達(dá)到最大值(85.84%)，與未改性的活性炭相比較，甲醛去除率有明顯增加。這主要是改性后活性炭的比表面積和孔容有所增加，可以吸附并填充甲醛分子的孔隙增多，有利于吸附甲醛分子。

3 結(jié) 論

利用活性炭具有微孔發(fā)達(dá)、比表面積大的特點吸附處理實驗室含甲醛廢水，實驗結(jié)果表明在室溫條件下，采用靜態(tài)吸附1.5～2 h，經(jīng)過硝酸改性的活性炭對收集的實驗室廢水中甲醛的去除率可達(dá)到85%左右。