活性炭國家專精特新“小巨人”企業活性炭產學研合作

　　活性炭吸附煤氣化廢水的性能

　　現代煤化工大多數位于水資源匱乏的干旱半干旱地區。通過對廢水進行合理的處理，回用甚至零排放來實現資源的利用，解決了該行業的水資源問題，實現了該行業的高質量發展。零排放廢水技術的發展和應用正在逐步擴大，但也面臨著結晶鹽處理的問題，特別是結晶鹽中有機物含量高，無法再利用。原因與原水的質量和預處理過程有關。煤氣化是現代煤化工的典型代表。取決于氣化技術，廢水的水質和水量變化很大。其中，煤氣化廢水中酚，烷烴和雜環有機物的含量較高，苯酚的相對含量高達57.86%，化學需氧量濃度較高。必須對這類廢水進行有效處理，排放達到標準，甚至排放的液體為零，以促進現代煤化工的綠色可持續發展。

　　煤氣化廢水與焦化廢水相似，后者是含苯酚的廢水，其中含有吲哚，喹啉和其他稠環有機污染物。這些物質雖然含量不大，但毒性作用較大，化學結構穩定性較高，生物降解性較差，無法實現分子結構的開環和斷鏈，不能滿足厭氧，好氧常規工藝的加工要求。為了保證出水水質，各種強化處理方法已逐漸成為煤氣化廢水處理技術的研究熱點。經過長期研究和使用多種材料，制備了用于煤氣化廢水的秸稈基活性炭負載金屬鐵氧化物臭氧催化劑。隨著產生更多的羥基自由基，有效去除了COD，氰化物和苯酚。分別提高了55.5、46.5和85.5%的處理廢水的生物降解性，并降低了毒性。使用MBR膜生物反應器結合活性炭增強系統來處理煤氣化廢水。

　　模擬活性炭典型有機污染物的靜態吸附

　　基于活性炭出色的吸附性能，研究了活性炭對典型污染物苯酚，吲哚和喹啉在煤氣化廢水中的吸附性能，并分析了其在單基質和共基質條件下的吸附性能。根據吲哚和喹啉的紫外吸收光譜特性，測量波長分別為270nm和277nm。稱取0.500g苯酚，吲哚和喹啉，并帶有分析天平，然后將它們溶于1L容量瓶中，制成濃度為500mg/L的儲備液。將儲備溶液制備為7種不同濃度的標準溶液，包括0mg/L，10mg/L，20mg/L，25mg/L，30mg/L，40mg/L，50mg/L，并在256nm，270nm，277nm波長下運行測量吸光度并繪制標準曲線。

　　圖1：吲哚的標準曲線。

　　共底物的吸附測試

　　在混合共底物條件下進行有機物吸附試驗，苯酚，吲哚和喹啉的濃度均為50mg/L，污染物的總濃度為150mg/L。根據靜態吸附方法，共底物的吸附溫度為25℃，活性炭用量為10g/L，5g/L，2.86g/L(水炭比350：1)，1g/L。單基材靜態吸附測試。

　　圖2：喹啉標準曲線。

　　試驗結果表明，在混合基質條件下，三種有機物的吸附率均低于單一有機物基質的吸附率，表明三種有機物具有競爭性吸附，三種有機物的競爭順序是苯酚>吲哚>喹啉。活性炭中的表面官能團可以與苯酚結合，芳環形成鍵，吸附能力強。吲哚是弱芳香族的，對活性炭具有更大的親和力，并且在吸附方面更穩定。研究了活性炭對苯酚和吲哚混合物的吸附，表明苯酚比吲哚更容易吸附。在低濃度的苯酚存在下，由于活性炭的表面，由于活性炭的特性，活性炭對吲哚的吸附能力更高，對吲哚(一種難于生物降解的雜環化合物)的吸附能力更強。綜合分析表明，活性炭對苯酚和吲哚具有很強的吸附選擇性。

　　活性炭對煤氣化廢水的吸附分析

　　本次使用的活性炭具有大量的中孔，其孔徑與煤氣化廢水中目標污染物的分子直徑匹配，有利于吸附。活性炭吸附后，COD和色度降低，水質得到明顯改善。根據競爭性吸附的特點，對特征酚和吲哚的選擇性吸附能力較強，這與吸附位的競爭和孔堵塞理論有關。從系統的平衡濃度和吸附容量的角度來看，活性炭在三種物質的吸附孔徑和位點上具有不同的優勢。苯酚的吸附分析在單一基質和共基質條件下，吲哚和喹啉顯示出活性炭具有不同的吸附孔尺寸和吲哚位置。吲哚的選擇性吸附能力較強。

　　活性炭吸附煤氣化廢水，在相同的初始濃度和單一底物條件下，苯酚，吲哚和喹啉的平衡濃度將隨著劑量的增加而逐漸降低。實驗結果表明，在三種有機物中，活性炭對苯酚的吸附能力最強，而對喹啉的吸附能力卻相對較低。在混合基質條件下，活性炭對苯酚和吲哚具有很強的吸附選擇性。

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