活性炭國家專精特新“小巨人”企業活性炭產學研合作

　　活性炭吸附豆腐工業廢液中的氨氮

　　豆腐行業的廢液如果直接排放到水中。它會導致污染，其特征是難聞的氣味。如果這種情況持續下去，可能會破壞環境。活性炭是能夠在液相或氣相中作為吸附劑的材料。活性炭是吸附系統中較好的吸附劑。本次我們研究使用活性炭吸附豆腐行業的廢液。來測試豆腐工業廢液中活性炭吸附氨離子的能力。

　　處理氨氮用的活性炭

　　我們進行了兩種種不同的活化過程的活性炭，即用K2CO3活化劑活化和用HCl活化劑活化。K2CO3的活化是通過將固體K2CO3與原料(椰子殼木炭)混合而完成的，原料(椰殼)的質量比為原料質量：K2CO3質量比=1：1.5。總共10克椰殼用15克K2CO3浸泡，該K2CO3已用蒸餾水溶解至100毫升。而用HCl活化是通過將HCl溶液與椰殼質量∶HCl質量比=1∶1.5混合來完成的。將總計10克的椰殼用15mL HCl溶液浸泡。此外，使混合物靜置1×24小時。活性炭活化過程完成后，用濾紙干燥活性炭，并繼續用70℃的烤箱將活性炭干燥2小時來獲得成品。

　　活性炭吸附氨氮的測試方法

　　用量測試：首先將豆腐廢液工業樣品溶液倒入燒杯中。然后，加入0.5克椰殼活性炭、1克、1.5克，在每個燒杯中加入2克。攪拌下將燒杯放置20分鐘。之后，將每種溶液總共10毫升放入試管中。加入0.4mL苯酚溶液，0.4mL硝普鈉，在每個試管中加入1mL氧化溶液。放置1小時以形成顏色。形成顏色后，使用濾紙將活性炭與樣品溶液分離。將溶液倒入比色杯中，并使用分光光度計進行分析。讀取并記錄其在640nm波長處的吸收。質量變化的吸附情況用K2CO3活性炭和HCl活性炭進行兩次。

　　吸附時間測試：將豆腐廢液行業樣品溶液制備到四個燒杯中。在每杯中加入多達0.5克的椰殼活性炭。攪拌下靜置5分鐘，10分鐘，15分鐘，20分鐘。之后，用移液管吸取10mL溶液，然后將其放入試管中。加入0.4mL苯酚溶液，0.4mL硝普鈉，1mL氧化溶液。放置1小時以產生顏色。形成顏色后，使用濾紙將活性炭與樣品溶液分離。倒入比色杯，使用分光光度計對其進行分析，讀取并記錄其在640nm波長處的吸收。時間變化的吸附用K2CO3活性炭和HCl活性炭進行兩次。

　　制作校準曲線

　　校準曲線是表示溶液濃度與其吸光度之間關系的圖形。它以直線的形式出現并產生一個方程。在640nm波長下用紫外可見分光光度計測量樣品獲得的吸光度。在繪制校準曲線時，需要空白溶液(除氨氣樣品外，含有所有試劑的溶液)和氨氣標準溶液。本研究中收集的校準曲線如圖1所示。

　　圖1：氨標準溶液的校準曲線。

　　活性炭吸附豆腐工業廢水中的氨氮

　　根據活性炭觀察結果，發現沒有被HCl和K2CO3活化的活性炭顏色不同。兩種木炭的顏色均為深黑色。活化過程完成后，活性炭準備好用于吸附豆腐廢物。每種活性炭吸附過程的測量值都隨時間的變化而變化。這種變化的目的是用苯酚法測定氨的濃度，即在室溫下一小時內形成藍色的吲哚酚化合物。苯酚法(或稱苯酚法)是基于巴瑟洛特反應，其中氨在堿性條件下與苯酚和次氯酸鹽反應。氨在pH9.7–11.5下轉化為一氯胺，在鹽酸存在下與苯酚反應生成藍色的吲哚酚。硝普鈉用于催化吲哚酚反應和藍色強度。添加檸檬酸鹽緩沖液以穩定pH值并防止氫氧化物沉積。此外，為了解豆腐渣中氨氮的濃度，采用滴定法測定了吸收前的氨氮濃度來做對比。

　　活性炭用量情況：所用活性炭的質量變化為0.5克、1克、1.5克，豆腐樣品的質量變化為2克，多達50毫升。活性炭的質量也隨兩種活化劑HCl和K2CO3的變化而變化。用鹽酸活化的活性炭吸附豆腐渣，用紫外-可見分光光度計測定其吸光度值。根據吸收率數據，可以計算出豆腐渣中殘留的氨氮濃度和氨氮濃度的去除率。發現活性炭用量越多，豆腐渣中氨氮濃度的去除率越大。這意味著豆腐渣中被活性炭吸收的氨越多，活性炭的質量就越大。

　　處理時間的變化：樣品與吸附劑的接觸時間對吸附過程有很大影響。樣品與吸附劑接觸時間越長，吸附劑吸收的氨氣越多。樣品濃度在20分鐘內出現峰值下降。這是由于樣品與吸附劑的接觸時間越長，吸附劑原來的空孔就會被填滿，因此隨著接觸時間的增加，孔的吸收就越大。氨去除率隨接觸時間的增加而增加。在最長的接觸時間分鐘下，活性炭對氨氣的吸附能力最高，因此氨氣封閉活性炭孔隙的可能性增大。圖2顯示了接觸時間與樣品中氨濃度的關系。

　　圖2：接觸時間與樣品中氨氣濃度的關系。

　　豆腐工業中的廢水處理，我們發現鹽酸活化后的活性炭吸附能力相當好。HCl是一種活化劑，可以產生具有高吸附力的活性炭。因此，使用HCl作為活化劑會吸收大量氨。另一方面，用K2CO3活化后的活性炭的吸收能力也表明降低豆腐工業廢液中氨濃度的良好能力。使用K2CO3活化劑可以產生更多的孔，因此可以吸收豆腐工業廢液中所含的氨。此外，使用的活性炭的質量越大，豆腐廢液中氨的濃度下降的趨勢就越大。這表明活性炭吸收了更多的氨。接觸時間越長，豆腐廢液中氨濃度的降低越多。這意味著更多的氨被活性炭吸收。

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