活性炭國家專精特新“小巨人”企業活性炭產學研合作

　　染色廢水的特征在于具有復雜的組分和高色度。它包含各種有毒和高度不可降解的有機化合物和具有非常高的化學需氧量，生物需氧量，和高酸度或堿度。染色廢水被認為是很難處理的工業廢水之一。鉻黑T染料屬于偶氮染料，具有潛在的環境危害。它通常用作絡合滴定中的指示劑，在工業過程中的應用產生大量廢水。本期內容通過我們研發的活性炭，并用作吸附劑從水性介質中消除鉻黑T染料。

　　圖1：染料廢水污染。

　　污水污泥如何制成活性炭

　　廢水處理廠處理大量污水污泥也成為一個日益嚴重的問題。污水污泥的減量化，穩定化，無害化處理和資源利用現已成為當務之急。污水污泥通常含有豐富的碳質含量，使其可以轉化為活性炭，并作為吸附劑應用于廢水凈化。污水污泥由于其有機物含量高而難以脫水，因此在運輸，儲存和處置方面存在問題，并導致其管理成本高。為了提高調理和脫水的性能，已經嘗試了許多方法。在這方面，我們使用芬頓反應基于在酸性條件下同時使用鐵鹽和過氧化氫的催化方法。它涉及形成大量的羥基自由基，可以破壞污水污泥中的有機物，從而提高污水污泥的脫水性。干燥的含碳污泥，經過高溫碳化和物理、化學活化后制成活性炭。圖2中顯示的SEM顯微照片顯示化學活化活性炭和物理活化活性炭的多孔結構。

　　圖2：(a)化學活化和(b)物理活化的活性炭掃描電子顯微鏡(SEM)圖像。

　　活性炭對鉻黑T的吸附測試

　　對于耐印染廢水中，通常采用的處理方法包括電化學處理和高級氧化處理，如臭氧和光催化。然而，這些技術通常成本低，執行復雜。在許多方法中，用吸附法從廢水除去顏色，重金屬，以及其他無機和有機污染物是最簡單的，擁有效果好和可較低成本的工藝之一。我們在幾種不同條件下進行了對活性炭的鉻黑T吸附測試。通過UV-vis分光光度計使用534nm的波長測定鉻黑T水溶液濃度。

　　pH對活性炭吸附鉻黑T的影響：用3.00g·L-1活性炭懸浮于含有500mg·L-1鉻黑T的50mL溶液的8個燒杯中進行pH效應實驗，pH設定為2.0-12.0。將混合物在25℃的溫度下在振蕩器上平衡48小時。吸附后，用孔徑為0.45μm的聚醚砜膜過濾混合物，測定鉻黑T水溶液濃度。根據結果​​，我們確定了合適的pH值。

　　初始鉻黑T濃度對活性炭吸附的影響：用一系列鉻黑T水溶液(濃度：100.0-1200.0mg·L-1，體積：50mL)進行初始鉻黑T濃度效應實驗。將溶液的pH調節至合適，然后將溶液加入3.00g·L-1活性炭中，并將混合物在25℃的溫度下在振蕩器上平衡48小時，定期取水樣，測量鉻黑T水溶液的濃度，并計算吸附的鉻黑T量。

　　活性炭的吸附測試結果

　　圖3中的結果顯示pH在活性炭吸附鉻黑T染料中起重要作用。鑒于該溶液的pH可能會影響活性炭表面結合位點，表面電荷和化學狀態，如鉻黑T的電離程度，pH對吸附過程的影響是復雜的。在pH=2下獲得最高的鉻黑T去除率(98.63%)和高的吸附容量。當pH值增加到4時，鉻黑T的去除和吸附能力降至最低，然后在pH6時增加到90.66%，最低鉻黑T去除率(68.74%)在pH9下發生。對于實際操作，強酸性條件和強堿性條件通常是不方便的，因此適度的pH值為6是最佳的。

　　圖3：pH對活性炭吸附鉻黑T的影響。

　　初始濃度對吸附和吸附等溫線的影響，增加吸附物的初始濃度可以提高其去除效率。因為初始濃度提供了強大的驅動力，以克服水相和固體之間的傳質阻力。在研究中發現了相同的趨勢。在圖4中，顯示了初始鉻黑T濃度對用活性炭的吸附過程的影響。可以觀察到，在早期階段，對于每個初始鉻黑T濃度，吸附速率最快。隨著活性炭表面上的結合位點逐漸被占據，由于吸附位點有限，鉻黑T去除率降低。

　　圖4：初始鉻黑T濃度對活性炭吸附的影響。

　　在本文內容中，污水污泥被干燥并煅燒和活化后制成活性炭。實驗結果表明，由于均勻且豐富的微孔，所生產的活性炭具有多孔結構和高比表面積。在生成的活性炭中形成碳的石墨狀結構，并在其表面上形成豐富的官能團制備的活性炭樣品用作從水中除去鉻黑T染料的吸附劑，并表現出優異的吸附性能。通過吸附等溫線，動力學和熱力學研究，發現化學活化可大大提高活性炭的吸附能力。增加鉻黑T的初始濃度可以提高活性炭的去除效率。的吸附能力也隨著溫度增加，具有較高吸附容量，大多是屬于多層吸附，涉及物理和化學過程。

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