活性炭國家專精特新“小巨人”企業活性炭產學研合作

　　在具有高化學氧需求和復雜的組合物機械加工中需要使用大量的切削液，所產生的廢液是難以降解的。使用傳統的物理和生物方法難以控制這種浪費，為了解決加工過程中產生的切削液廢料的高化學氧需求(COD)問題，其復雜的成分，以及處理過程所需的特定條件。本期我們使用納米鐵制成的活性炭。經過多級化學預處理，使得活性炭能用于有效地處理切削液廢物。

　　切削液的處理方法有分離，化學處理，生物降解和高級氧化方法來處理廢液。在這些方法中，凝聚-高級氧化方法比其他的效果好。活性炭被用于催化劑載體的優點有高度發達的微孔結構，吸附容量大，活性炭對非極性或弱極性有機物具有強吸附能力，由于其結構和表面化學多樣性，活性炭提高了催化劑的穩定性和可能的​​再利用。

　　活性炭樣品使用活性炭和零價鐵納米顆粒的性質制備。經過多階段化學預處理以產生活性炭/H 2 O 2的流程。在不同條件下研究了活性炭/H 2 O 體系與傳統絮凝體系相比的效果，以確定pH，催化劑量，H 2 O 2劑量和反應時間的影響。結果表明，用多級化學預處理活性炭/H 2 O 2處理后切削液廢物中COD降低了99.8%與傳統的處理方法相比，活性炭具有更寬的pH值范圍。處理后的廢物符合廢水排放標準。

　　切削液廢物處理實驗

　　選擇活性炭和其他試劑用于第一次化學預處理的實驗

　　活性炭和聚硅酸鐵(PFS)是帶正電荷的無機高分子絮凝劑，能有效中和油滴表面的負電荷，促進凝結。PAM是一種線性有機聚合物，用作大分子水處理絮凝劑，用于吸附水中的懸浮顆粒。它將細顆粒連接成大塊絮凝物并加速沉淀。根據測試方法添加，活性炭負載鐵的第一次化學預處理的結果如圖1所示。

　　圖1：四種絮凝預處理的比較。

　　凝結劑的組合有效地降低了油滴之間的靜電排斥并加強了油和水的分離。凝結劑的一些組合可以改變油滴上的電荷，產生再穩定化或膠體凝結劑現象，導致切削液COD穩定或增加。實驗結果的分析表明，活性炭+PAM的處理效果比較好。

　　絮凝實驗的優化和結果

　　在絮凝實驗中，pH值，絮凝劑添加量和反應溫度是影響COD去除率的主要因素。為了確定切削液廢物處理影響的因素和相互作用，進行了響應面分析。不同活性炭濃度和改變pH和反應溫度對COD去除速率的影響的響應面分別如圖2a，b所示。絮凝前后切削液水樣的比較如圖2c所示。

　　圖2：(a)不同濃度的活性炭對COD去除率的影響的響應面，(b)反應溫度對COD去除率的影響，(c)絮凝前后水樣的比較。

　　在活性炭負載鐵離子的初級絮凝預處理后，濾液含有少量雜質。研究了PFS絮凝劑對過濾廢物的影響。使用單因素實驗選擇pH值和PFS添加量(圖3a，b)。原始溶液與初級和次級絮凝后的溶液的視覺比較顯示在圖3c中。

　　圖3：(a)pH對COD去除速率的影響，(b)PFS添加對去除COD的影響，(c)原始溶液與初級和次級絮凝后的溶液之間的視覺比較。

　　反應條件對使用活性炭催化劑處理切削液廢料的影響

　　圖4中(a)pH對使用活性炭去除COD的速率的影響，(b)pH對使用傳統方法去除COD的速率的影響，(c)活性炭添加對去除COD的影響，(d)添加H 2 O 2對COD去除率的影響，(e)活性炭在多次運行中的性能，(f)實物圖片中(1)未處理的切削液，(2)初次絮凝后的混合物，(3)二次絮凝后的混合物，(4)傳統處理后的混合物，和(5)活性炭處理后的混合物。

　　圖4：各種反應條件對切削液廢料的影響。

　　經過5次循環再循環催化劑后，COD去除率達到82%，表明催化劑具有良好的穩定性。而且，在每次再循環試驗之前不需要進行化學預處理。將混合物靜置，然后過濾以分離固-液相。然后用蒸餾水沖洗催化劑并干燥以用于下一個實驗。因此，本實驗制備的活性炭催化劑具有良好的催化性能和穩定性，可以簡單回收，易于制備。

　　實驗結果

　　使用多級化學預處理制成的活性炭處理切削廢液。初級絮凝的預處理條件包括活性炭(10%，90 mL/L)和PAM(0.3%，10 mL/L)。絮凝和破乳后COD去除率為79%。在pH7下使用PFS(0.3%)進行二次絮凝后，COD去除率為85%。經多階段化學預處理后，最佳條件為pH5，H 2 O 2濃度20 mmol/L，活性炭濃度6g/L，COD去除率為99.8%，經處理后符合廢水排放標準的液體。

　　活性炭在中性pH條件下H 2 O 2活化以催化切削液的降解，在五次重復后COD去除率高達82%。在2-12的pH范圍內實現了高催化活性，提高了pH反應范圍并提高了工業環境中切削液廢物處理的效率。

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