活性炭去除工業(yè)廢水中的乙酸

　　高級(jí)氧化工藝在工業(yè)上用于處理廢水，包括產(chǎn)生強(qiáng)氧化自由基，攻擊污染物并破壞化學(xué)鍵。然而，很難將有機(jī)化合物完全礦化成CO2和H2O。乙酸是高級(jí)氧化工藝出水中的典型代表物質(zhì)，為了達(dá)到高級(jí)氧化工藝出水的排放標(biāo)準(zhǔn)，活性炭吸附法去除乙酸是一種直接的方法。與粉末活性炭和顆粒活性炭相比，球形活性炭具有適當(dāng)流體動(dòng)力學(xué)特性。在吸附過(guò)程中，它具有灰分較小、壓力損失較低、流動(dòng)性較高、堆積密度較大等獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。

　　活性炭的形態(tài)和化學(xué)成分

　　SEM被用于研究活性炭的形態(tài)、表面粗糙度和粒度。其內(nèi)部孔隙結(jié)構(gòu)信息也可以通過(guò)橫截面的SEM進(jìn)行分析。SEM圖像顯示球型活性炭具有均勻的球形，粒徑(直徑)約為600μm(圖1a)。表面比較光滑，有較大的裂紋和孔隙結(jié)構(gòu)，表面有許多無(wú)序的微晶結(jié)構(gòu)(圖1b)。橫截面顯示了一些分布均勻的相對(duì)均勻的孔隙(圖1c和1d)。

　　圖1：活性炭表面和橫截面的SEM圖像。(a,b)活性炭在不同尺度下的表面形態(tài)。(c,d)活性炭橫截面在不同尺度下的形態(tài)特征。

　　影響活性炭吸附乙酸的因素

　　ph值的影響，由于溶液的pH值改變了吸附劑和被吸附物的電荷，乙酸在活性炭上的吸附強(qiáng)烈依賴于pH值的變化。該研究是在1.5到10的pH值范圍內(nèi)進(jìn)行的，保持其他參數(shù)不變，結(jié)果如圖2(a)所示。乙酸的去除率在低于3時(shí)隨著pH值的升高而逐漸增加，在pH=3時(shí)獲得最大吸附去除率(58.64%)。較高的pH值，當(dāng)溶液呈堿性(pH=6-10)時(shí)，直到下降到幾乎為零。這種趨勢(shì)可以通過(guò)活性炭表面之間的靜電相互作用來(lái)解釋和醋酸分子。在進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)中，pH值固定在3。

　　圖2：(a)pH值的影響，(b)溫度的影響。

　　溫度也影響吸附過(guò)程。考察了不同溫度下不同濃度醋酸溶液的吸附過(guò)程，其他條件不變。結(jié)果如圖2(b)所示。對(duì)于不同濃度的乙酸稀釋劑，25℃時(shí)的吸附去除率高于35℃時(shí)的吸附去除率，表明吸附過(guò)程是放熱的。因此進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)僅在25℃下進(jìn)行。對(duì)于工業(yè)應(yīng)用，室溫條件是可行的，無(wú)需提供額外的熱源。

　　活性炭的吸附機(jī)制

　　活性炭對(duì)乙酸的吸附機(jī)理如圖3所示。結(jié)合上述吸附實(shí)驗(yàn)和表征結(jié)果，吸附過(guò)程可能包括多個(gè)方面。首先，活性炭在足夠多的孔隙中可以發(fā)生孔隙填充效應(yīng)，從而有效地吸附乙酸。其次，活性炭和乙酸之間存在靜電引力。在較高pH的溶液中，活性炭表面具有更多的負(fù)電荷，導(dǎo)致CH3COO-與活性炭表面之間的靜電排斥更強(qiáng)。

　　圖3：活性炭對(duì)乙酸的吸附機(jī)理。

　　活性炭去除工業(yè)廢水中的乙酸中，我們研究了球形活性炭的乙酸吸附性能。由于其豐富的微孔結(jié)構(gòu)和大的比表面積，活性炭與其他吸附劑相比具有很大的優(yōu)勢(shì)(吸附性能)。后續(xù)活性炭在通過(guò)簡(jiǎn)單洗脫再生后表現(xiàn)出良好的可回收性，這是由于完整的孔隙特性。對(duì)于實(shí)際的工廠廢水，活性炭通過(guò)簡(jiǎn)單的洗脫也具有良好的吸附再生性能，對(duì)工業(yè)應(yīng)用具有一定的指導(dǎo)意義。根據(jù)活性炭的表征探討吸附機(jī)理，有利于開(kāi)發(fā)類似的替代產(chǎn)品，從而進(jìn)一步降低吸附劑的成本。也為活性炭在高級(jí)氧化工藝耦合吸附中的應(yīng)用達(dá)到工業(yè)廢水達(dá)標(biāo)排放提供了科學(xué)依據(jù)。

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