活性炭国家专精特新“小巨人”企业活性炭产学研合作

　　染色废水的特征在于具有复杂的组分和高色度。它包含各种有毒和高度不可降解的有机化合物和具有非常高的化学需氧量，生物需氧量，和高酸度或碱度。染色废水被认为是很难处理的工业废水之一。铬黑T染料属于偶氮染料，具有潜在的环境危害。它通常用作络合滴定中的指示剂，在工业过程中的应用产生大量废水。本期内容通过我们研发的活性炭，并用作吸附剂从水性介质中消除铬黑T染料。

　　图1：染料废水污染。

　　污水污泥如何制成活性炭

　　废水处理厂处理大量污水污泥也成为一个日益严重的问题。污水污泥的减量化，稳定化，无害化处理和资源利用现已成为当务之急。污水污泥通常含有丰富的碳质含量，使其可以转化为活性炭，并作为吸附剂应用于废水净化。污水污泥由于其有机物含量高而难以脱水，因此在运输，储存和处置方面存在问题，并导致其管理成本高。为了提高调理和脱水的性能，已经尝试了许多方法。在这方面，我们使用芬顿反应基于在酸性条件下同时使用铁盐和过氧化氢的催化方法。它涉及形成大量的羟基自由基，可以破坏污水污泥中的有机物，从而提高污水污泥的脱水性。干燥的含碳污泥，经过高温碳化和物理、化学活化后制成活性炭。图2中显示的SEM显微照片显示化学活化活性炭和物理活化活性炭的多孔结构。

　　图2：(a)化学活化和(b)物理活化的活性炭扫描电子显微镜(SEM)图像。

　　活性炭对铬黑T的吸附测试

　　对于耐印染废水中，通常采用的处理方法包括电化学处理和高级氧化处理，如臭氧和光催化。然而，这些技术通常成本低，执行复杂。在许多方法中，用吸附法从废水除去颜色，重金属，以及其他无机和有机污染物是最简单的，拥有效果好和可较低成本的工艺之一。我们在几种不同条件下进行了对活性炭的铬黑T吸附测试。通过UV-vis分光光度计使用534nm的波长测定铬黑T水溶液浓度。

　　pH对活性炭吸附铬黑T的影响：用3.00g·L-1活性炭悬浮于含有500mg·L-1铬黑T的50mL溶液的8个烧杯中进行pH效应实验，pH设定为2.0-12.0。将混合物在25℃的温度下在振荡器上平衡48小时。吸附后，用孔径为0.45μm的聚醚砜膜过滤混合物，测定铬黑T水溶液浓度。根据结果​​，我们确定了合适的pH值。

　　初始铬黑T浓度对活性炭吸附的影响：用一系列铬黑T水溶液(浓度：100.0-1200.0mg·L-1，体积：50mL)进行初始铬黑T浓度效应实验。将溶液的pH调节至合适，然后将溶液加入3.00g·L-1活性炭中，并将混合物在25℃的温度下在振荡器上平衡48小时，定期取水样，测量铬黑T水溶液的浓度，并计算吸附的铬黑T量。

　　活性炭的吸附测试结果

　　图3中的结果显示pH在活性炭吸附铬黑T染料中起重要作用。鉴于该溶液的pH可能会影响活性炭表面结合位点，表面电荷和化学状态，如铬黑T的电离程度，pH对吸附过程的影响是复杂的。在pH=2下获得最高的铬黑T去除率(98.63%)和高的吸附容量。当pH值增加到4时，铬黑T的去除和吸附能力降至最低，然后在pH6时增加到90.66%，最低铬黑T去除率(68.74%)在pH9下发生。对于实际操作，强酸性条件和强碱性条件通常是不方便的，因此适度的pH值为6是最佳的。

　　图3：pH对活性炭吸附铬黑T的影响。

　　初始浓度对吸附和吸附等温线的影响，增加吸附物的初始浓度可以提高其去除效率。因为初始浓度提供了强大的驱动力，以克服水相和固体之间的传质阻力。在研究中发现了相同的趋势。在图4中，显示了初始铬黑T浓度对用活性炭的吸附过程的影响。可以观察到，在早期阶段，对于每个初始铬黑T浓度，吸附速率最快。随着活性炭表面上的结合位点逐渐被占据，由于吸附位点有限，铬黑T去除率降低。

　　图4：初始铬黑T浓度对活性炭吸附的影响。

　　在本文内容中，污水污泥被干燥并煅烧和活化后制成活性炭。实验结果表明，由于均匀且丰富的微孔，所生产的活性炭具有多孔结构和高比表面积。在生成的活性炭中形成碳的石墨状结构，并在其表面上形成丰富的官能团制备的活性炭样品用作从水中除去铬黑T染料的吸附剂，并表现出优异的吸附性能。通过吸附等温线，动力学和热力学研究，发现化学活化可大大提高活性炭的吸附能力。增加铬黑T的初始浓度可以提高活性炭的去除效率。的吸附能力也随着温度增加，具有较高吸附容量，大多是属于多层吸附，涉及物理和化学过程。

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