活性炭與沸石的制備及其對亞甲基藍的吸附

張蓉，王鳳瓊，李嘉穎，王欣睿，張渝，王亭玉，王應紅

（樂山師范學院，四川 樂山614000）

染料普遍應用于紡織、印染、皮革等行業。現階段常用的染料為含芳香環的有機鹽結構，具有色度高、可生化性差、致毒等特點，一旦進入水體生態、會危害生物健康[1]。近年來，具有COD高及色度高的制革廢水的年產量高達8000 萬噸左右，已成為環境的主要污染源之一[2-3]。而亞甲基藍作為一種廣泛應用的陽離子大分子染料，是染料廢水中常見的污染物之一，通過對亞甲基藍的吸附研究可作為判定吸附劑吸附性能的重要指標[2]。活性炭不僅孔隙結構發達，比表面積大，可再生和重復利用[4]。桉樹產業是樂山重要產業之一，桉樹木材在加工過程中會產生大量的木屑、樹皮等，它們的傳統處理方法多以就地拋棄、焚燒等簡單方式為主，而桉木屑作為重要生物質材料可制得活性炭。粉煤灰主要是炭等燃燒物燃燒后的煙氣凝固后而遺留下的細小的灰，是燃料電廠排出的主要固體廢料[5-6]，因其獲得成本低，也常被作為吸附劑的選擇。對粉煤灰進行改性可以有效的提高其比表面積、吸附容量、陽離子交換能力等，實驗采堿性改性方法探究使用NaOH對粉煤灰的改性制得NaP1 型沸石。初步探究將桉木屑磷酸活化法制得活性炭，分別探究制得的活性炭、NaP1 型沸石、及它們不同比例復配對亞甲基藍的吸附，為資源綜合利用及制革等廢水處理提供一定參考。

2 實驗部分

2.1 儀器與試劑材料

2.1.1 主要儀器

主要儀器：101 型電熱鼓風干燥箱；SHZ-D (Ⅲ) 循環水真空泵；AL104 分析天平；THZ-82 恒溫振蕩器；7200 型可見光分光光度計；ATY124 電子天平；SX2-2.5-10A 智能馬弗爐；SN-LSC-40S 大容量低速離心機。

2.1.2 試劑與材料

磷酸；氫氧化鈉；亞甲基藍；鹽酸；粉煤灰；桉木屑。

2.2 實驗

2.2.1 按木活性炭制備

配制14.2%的磷酸潤濕的桉木屑，放置24h，設置馬弗爐溫度分別為500、600、700℃的高溫條件，燒制4h。冷卻后將燒制好的桉木活性炭用蒸餾水反復洗滌至pH 為中性，干燥得產品。

2.2.2 粉煤灰制備P1 型沸石

用堿熔融-水熱合成法[5]:將粉煤灰置于105 ℃烘箱中6 h,冷卻至室溫,過100 目篩，置于干燥器內備用。取質量比為1︰1.2 的粉煤灰和3 mol/L 氫氧化鈉,充分混合，600℃馬弗爐中煅燒1.5 h,冷卻至室溫。將熔融物與蒸餾水按固液質量體積比17.25%g/mL 混合,攪拌均勻。在80 ℃水浴鍋中用磁力攪拌器以200 r/min 攪拌2 h。取出后放入反應釜中，置于105 ℃烘箱中6 h。將反應釜取出,待冷卻后將結晶產物離心，水洗至上層清液pH 值達7～9,取所得固體在105 ℃烘箱中干燥24 h,最后研磨過100 目篩置于干燥器內備用。

2.2.3 吸附實驗

配制25 mg/L 亞甲基藍溶液，加入30 mL 亞甲基藍溶液在30 ℃恒溫振蕩吸附。轉速為100 r/min，測定吸光率。

A0亞甲基藍溶液原始吸光度；A亞甲基藍溶液吸附后吸光度。

3 實驗結果與討論

3.1 桉木活性炭的吸附實驗

從表1 可看出，溫度在500～600 ℃的吸附率都較好，變化不大。700 ℃，吸附有一定程度降低，可能溫度較高，出現燒結現象，影響活性炭孔隙多少，但從能源綜合考慮，燒制溫度為500 ℃已基本完成炭化與活化過程，已可達較好吸附效果。

表1 不同溫度制得按木屑活性炭吸附效果

3.2 NaP1 型沸石的吸附

配制亞甲基藍初始濃度為1 mg/L，分別加入NaP1 型沸石,使亞甲基藍溶液含有1、5、8、10、12、15 g/L 的NaP1 型沸石，搖勻，恒溫振蕩吸附，取上層清液，測定溶液吸附后的吸光度，計算對廢水的吸附,如圖1。

從圖1 可看出，NaP1 型沸石有較好吸附效果，投加量的增加，吸附效果增加明顯，1 g/L 吸附率也超過80%。這是因為吸附劑用量的增加提供了更多的活性吸附點位，可以吸附去除更多的染料分子。

3.3 NaP1 型沸石與桉木屑活性炭聯用對亞甲基藍的吸附

取3 個50 mL 錐形瓶，分別加入不同量桉木活性炭及一定量沸石，按表2 中配比進行吸附實驗，恒溫振蕩，溫度30 ℃，旋轉速度為100 r/min；

表2 NaP1 沸石與桉木活性炭在不同配比下的吸附性

從表2 可看出，NaP1 沸石與桉木活性炭的在相同振蕩時間、轉速和震蕩溫度下，不同配比的情況下吸附效果不同，隨按木活性炭量增加，吸附效果更好，當配比為1︰1 時吸附效果可達96.46%。實際應用中可結合成本綜合考慮。

4 結論

（1）利用NaOH 制得的改性粉煤灰，即NaP1 型沸石，對亞甲基藍有較好的吸附效果，1 g/L 吸附率超過80%。投加量的增加，吸附效果增加明顯。

（2）在實驗條件下，燒制溫度為500 ℃已基本完成炭化與活化過程。利用按木制得的活性炭吸附效果較好，對亞甲基藍的吸附率可達99.24%。

（3）活性炭較沸石吸附效果更好，當復配比為1︰1 時吸附效果可達96.46%。因皮革廢水染料成份復雜，實際處理皮革廢水染料中可結合成本等綜合考慮。

（4）利用桉木屑廢棄物制備生物質活性炭及利用燃煤廢棄物粉煤灰制備沸石，有效環保，成本低，可充分利用當地資源，所制備的產物可為地方制革廢水處理提供參考。