侯華芬，楊　岳,莫東穎，陽(yáng)曉梅，李大煒，譚佳良

(陽(yáng)江職業(yè)技術(shù)學(xué)院生命科學(xué)與技術(shù)系，廣東　陽(yáng)江　529500)

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鹽酸改性ACF對(duì)水中亞甲基藍(lán)的吸附脫色研究*

侯華芬，楊岳,莫東穎，陽(yáng)曉梅，李大煒，譚佳良

(陽(yáng)江職業(yè)技術(shù)學(xué)院生命科學(xué)與技術(shù)系，廣東陽(yáng)江529500)

為有效處理印染廢水，選用活性炭纖維ACF為吸附劑，以鹽酸為改性試劑，以亞甲基藍(lán)為目標(biāo)污染物，通過(guò)正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)確定了ACF的最佳改性條件，并與未改性ACF進(jìn)行了吸附性能的比較。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)鹽酸濃度為3 mol·L-1，真空浸漬時(shí)間為90 min，真空浸漬次數(shù)為4次，并于100 ℃烘干所制得的改性活性炭纖維ACF具有最高的吸附性能，快速吸附10 min，對(duì)亞甲基藍(lán)的吸附效率已達(dá)到91.90%，遠(yuǎn)高于未經(jīng)改性處理的ACF對(duì)亞甲基藍(lán)的吸附效率43.44%；吸附30 min后達(dá)到吸附平衡，吸附率可達(dá)99.8%以上。

活性炭纖維；鹽酸改性；吸附；亞甲基藍(lán)

我國(guó)是紡織印染業(yè)第一大國(guó)，印染廢水已成為當(dāng)前最主要的水體污染源之一，其排量占工業(yè)廢水排放量的35%。由于這類廢水成分相當(dāng)復(fù)雜，往往含有多種毒性較強(qiáng)的有機(jī)染料，且色度深、難降解，所以一直是工業(yè)廢水處理的難點(diǎn)[1]。其中，亞甲基藍(lán)形成的染料廢水色度及毒性均較為嚴(yán)重，常被當(dāng)做典型目標(biāo)污染物來(lái)表征與評(píng)價(jià)各種處理技術(shù)及工藝[2]。

印染廢水的處理方法包括物化處理法(如吸附法、過(guò)濾法等)、化學(xué)處理法(如絮凝沉淀法、電解法、化學(xué)氧化法、光催化氧化法等)及生化處理法三大類，其中吸附法具有不需投加其他藥劑、方法簡(jiǎn)單、成本低、吸附效果好及無(wú)污泥產(chǎn)生等優(yōu)點(diǎn)，因此被廣泛應(yīng)用于印染廢水的處理[1-3]。有研究表明，活性炭吸附法處理印染廢水，出水可達(dá)到紡織工業(yè)部洗滌用水標(biāo)準(zhǔn)。而在炭基材料中，活性炭纖維ACF是繼粉末狀及顆粒狀活性炭后的第三代活性炭材料，具有獨(dú)特的結(jié)構(gòu)及性能特征，其表面分布有大量的高度發(fā)達(dá)的微孔，比表面積和孔容積大，對(duì)印染廢水中的有機(jī)物污染物分子具有較大的吸附容量[3-5]。

本文選用活性炭纖維ACF為吸附劑，以鹽酸為改性試劑，以亞甲基藍(lán)為目標(biāo)污染物，通過(guò)正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)制備了一系列改性ACF，并與未改性活性炭纖維ACF進(jìn)行了比較，研究其對(duì)亞甲基藍(lán)溶液的吸附脫色性能。

1　實(shí)　驗(yàn)

1.1材料與儀器

活性炭纖維氈，購(gòu)自江蘇蘇通碳纖維有限公司；亞甲基藍(lán)，分析純，購(gòu)自天津天新精細(xì)化工開(kāi)發(fā)中心；鹽酸，分析純，購(gòu)自廣州化學(xué)試劑二廠。

T6新世紀(jì)紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)，北京普析通用儀器有限責(zé)任公司；DGG-9140B型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱，上海森信實(shí)驗(yàn)儀器有限公司；FA2204B型電子天平，上海精密科學(xué)儀器有限公司；SHZ-D(Ⅲ)型循環(huán)水式真空泵，鞏義市予華儀器有限責(zé)任公司；HY-6型調(diào)速多用振蕩器，國(guó)華電氣有限公司。

1.2活性炭纖維ACF的預(yù)處理

將活性炭纖維氈ACF裁剪成尺寸為5 cm×5 cm的小方塊，吸附實(shí)驗(yàn)前先用蒸餾水水浸泡并均勻攪拌30 min，以去除ACF中殘留的易揮發(fā)性及水溶性物質(zhì)。再將處理后的ACF晾干，密封保存，置于干燥皿中備用。

1.3鹽酸改性活性炭纖維ACF的制備

將預(yù)處理后的ACF置于裝有一定濃度的鹽酸溶液的燒杯中，再將燒杯放入密閉容器，并將該容器接入真空泵，抽真空，當(dāng)真空泵上真空表讀數(shù)大于等于50開(kāi)始計(jì)時(shí)。真空浸漬處理30 min后，關(guān)閉真空泵，取出ACF，用蒸餾水洗滌3遍，晾干，再置于烘箱中以一定溫度烘干12 h，得到經(jīng)鹽酸改性的ACF，置于干燥皿中備用。

1.4最佳改性條件的正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

考察了鹽酸濃度，真空浸漬時(shí)間，真空浸漬次數(shù)，烘干溫度等實(shí)驗(yàn)條件對(duì)所制備的16種改性ACF吸附性能的影響。分別選取鹽酸濃度為3、6、9、12 mol·L-1，浸漬時(shí)間為30、60、90、120 min，浸漬次數(shù)為1、2、3、4次，烘干溫度為100、150、200和250 ℃，并按表1做正交實(shí)驗(yàn)。

表1　鹽酸改性活性炭纖維ACF的正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.5活性炭纖維ACF吸附性能測(cè)定

配制濃度為100 mg·L-1的亞甲基藍(lán)模擬廢水，加入上述按照1.4中表1所制備的鹽酸改性活性炭纖維ACF，以100 r·min-1的振蕩速度振蕩一定時(shí)間，每隔10 min取樣一次，并進(jìn)行快速過(guò)濾，利用紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)在最大吸收波長(zhǎng)664 nm處測(cè)定取樣溶液的吸光度?；钚蕴坷w維ACF對(duì)亞甲基藍(lán)吸附率η定義為：

2　結(jié)果與討論

2.1鹽酸改性ACF正交試驗(yàn)分析

在亞甲基藍(lán)初始濃度為100 mg·L-1，模擬廢水總量為200 mL，振蕩速度為100 r·min-1，水樣溫度為30 ℃的條件下，考察了所制備的鹽酸改性活性炭纖維ACF的吸附性能，30 min 后亞甲基藍(lán)吸附率結(jié)果見(jiàn)表2，表明第12號(hào)改性活性炭纖維ACF對(duì)亞甲基藍(lán)吸附率最高，為99.70%；而第16號(hào)改性活性炭纖維ACF對(duì)亞甲基藍(lán)吸附率最低，為87.00%。

表2　亞甲基藍(lán)吸附率

為考察鹽酸改性條件對(duì)活性炭纖維ACF吸附效率的影響，進(jìn)行了極差分析，結(jié)果列于表3，方差分析結(jié)果列于表4。

表3　極差分析

表4　方差分析

根據(jù)表3可得鹽酸改性各因素對(duì)活性炭纖維ACF吸附性能的影響：鹽酸濃度：3 mol·L-1>9 mol·L-1>6 mol·L-1>12 mol·L-1；真空浸漬時(shí)間：90 min>60 min>30 min>120 min；真空浸漬次數(shù)：4次>2次>3次>1次；烘干溫度：100 ℃>150 ℃>250 ℃>200 ℃。

由表4可知，各改性實(shí)驗(yàn)因素對(duì)結(jié)果的影響順序?yàn)椋汉娓蓽囟?真空浸漬次數(shù)>鹽酸濃度>真空浸漬時(shí)間。同時(shí)F檢驗(yàn)結(jié)果表明，4個(gè)改性因素對(duì)活性炭纖維ACF的影響都不顯著，僅烘干溫度這一改性因素的影響較為顯著，這與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相符。究其原因，這可能是與本正交試驗(yàn)誤差自由度小且實(shí)驗(yàn)存在一定誤差有關(guān)。由于各因素對(duì)吸附性能影響都不顯著，不必進(jìn)行各因素水平間的多重比較。據(jù)此推斷，鹽酸濃度為3 mol·L-1，真空浸漬時(shí)間為90 min，真空浸漬次數(shù)為4次，并于100 ℃烘干所制得的改性活性炭纖維ACF應(yīng)具有最高的吸附性能。根據(jù)以上分析，分別選取各因素對(duì)ACF吸附性能的影響中的最佳水平制備了第17號(hào)改性ACF樣品。

2.2鹽酸改性ACF吸附性能分析

為比較鹽酸改性活性炭纖維ACF及未改性活性炭纖維ACF對(duì)亞甲基藍(lán)的吸附效率的影響，按照實(shí)驗(yàn)部分1.5中的條件，對(duì)上述17號(hào)改性ACF樣品及18號(hào)僅進(jìn)行預(yù)處理但未改性處理的ACF樣品進(jìn)行了對(duì)比實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果分別見(jiàn)圖1及圖2。

圖1　17號(hào)鹽酸改性ACF對(duì)亞甲基藍(lán)的吸附率-時(shí)間關(guān)系曲線

圖2　18號(hào)未改性ACF對(duì)亞甲基藍(lán)的吸附率-時(shí)間關(guān)系曲線

由圖1及圖2可見(jiàn)，ACF對(duì)亞甲基藍(lán)的吸附率隨接觸時(shí)間的增加而增加，經(jīng)過(guò)改性處理的ACF樣品的吸附性能優(yōu)于未改性的ACF樣品。且圖1表明，按正交實(shí)驗(yàn)確定的最佳改性條件制備的17號(hào)活性炭纖維ACF樣品在快速吸附10 min后，吸附率已達(dá)到91.90%，30 min后吸附率已穩(wěn)定在99.8%左右，達(dá)到吸附平衡。而圖2則表明，未改性的18號(hào)活性炭纖維ACF樣品在快速吸附10 min后，吸附率僅為43.44%，吸附30 min后才達(dá)到91.67%，吸附50 min后吸附率穩(wěn)定在93.60%左右，達(dá)到吸附平衡。這可能是由于鹽酸酸化在活性炭纖維ACF表面引入了大量活性基團(tuán)，尤其在短期快速吸附過(guò)程中，能顯著提高ACF對(duì)亞甲基藍(lán)的吸附性能，說(shuō)明采用鹽酸改性活性炭纖維ACF吸附亞甲基藍(lán)是可行的。

3　結(jié)　論

以鹽酸為改性試劑，以亞甲基藍(lán)吸附率作為活性炭纖維ACF吸附性能指標(biāo)，通過(guò)正交實(shí)驗(yàn)，確定了活性炭纖維ACF的最佳改性條件。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)鹽酸濃度為3 mol·L-1，真空浸漬時(shí)間為90 min，真空浸漬次數(shù)為4次，并于100 ℃烘干所制得的改性活性炭纖維ACF具有最高的吸附性能，快速吸附10 min，對(duì)亞甲基藍(lán)的吸附效率已達(dá)到91.90%，遠(yuǎn)高于未經(jīng)改性處理的活性炭纖維對(duì)亞甲基藍(lán)的吸附效率43.44%；吸附30 min 后達(dá)到吸附平衡，吸附率在99.8%以上，說(shuō)明采用鹽酸改性活性炭纖維ACF吸附亞甲基藍(lán)是可行的。

[1]張宇峰，滕潔，張雪英，等.印染廢水處理技術(shù)的研究進(jìn)展[J].工業(yè)水處理，2003,23(4):23-27.

[2]范迪.印染廢水處理機(jī)理與技術(shù)研究[D].山東青島：中國(guó)海洋大學(xué)，2008.

[3]保佳媛，李峻峰，張錢麗，等.活性炭纖維對(duì)亞甲基藍(lán)的吸附動(dòng)力學(xué)和熱力學(xué)研究[J].蘇州科技學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2015,32(3):30-35.

[4]李學(xué)佳，王清清，夏鑫，等.TiO2和活性炭纖維復(fù)合物光催化降解亞甲基藍(lán)[J].化工新型材料，2011,39(9):118-121.

[5]徐子馨，張進(jìn)，章嘉晴，等.活性炭纖維對(duì)水中鉻(Ⅵ)離子的吸附研究[J].廣州化工，2012, 40(8): 87-89,99.

Study on Methylene Blue Adsorption in Water of ACF Modified by Hydrochloric Acid*

HOUHua-fen,YANGYue,MODong-ying,YANGXiao-mei,LIDa-wei,TANJia-liang

(Department of Life Science and Technology, Yangjiang Vocational and Technical College, Guangdong Yangjiang 529500, China)

In order to deal with printing waste water effectively, the activated carbon fiber ACF modified by hydrochloric acid was used. And the methylene blue was performed as the target pollutant. The optimum modification conditions of ACF were determined by orthogonal experimental design. Meanwhile, the adsorption properties of the ACF modified by hydrochloric acid were compared with the ACF unmodified. The results showed that the adsorbents of ACF modified by hydrochloric acid had high adsorption property, when the concentration of hydrochloric acid was 3 mol·L-1, the vacuum impregnation time was 90 min, the vacuum impregnation times were 4 times, and the adsorbent was dried at 100 ℃ for 12 h. After fast adsorption for 10 min, the adsorption efficiency of methylene blue reached 91.90%, far higher than that of the ACF unmodified by hydrochloric acid for 43.44%. In addition, after the adsorption for 30 min, the adsorption equilibrium was achieved, and the adsorption efficiency was up to 99.8%.

activated carbon fiber; hydrochloric acid; modification; adsorption; methylene blue

廣東省大學(xué)生科技創(chuàng)新培育專項(xiàng)資金項(xiàng)目(pdjh2015b0828)；廣東省青年骨干教師訪問(wèn)學(xué)者項(xiàng)目；廣東省高職教育質(zhì)量工程項(xiàng)目(201401270)；廣東省高職教育化工類專業(yè)教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)教育教學(xué)改革項(xiàng)目(HG201534)。

侯華芬(1994-)，女。

楊岳(1984-)，女，講師/工程師，研究方向?yàn)榄h(huán)境污染控制及其工藝設(shè)計(jì)。

TG146

A

1001-9677(2016)05-0068-03