董文龍，崔龍哲

（1.湖北生態(tài)工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院林業(yè)生態(tài)學(xué)院，湖北武漢430200；2.中南民族大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，湖北武漢430074）

吸附苯酚活性炭微波輔助溶液再生效果

董文龍1，崔龍哲2

（1.湖北生態(tài)工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院林業(yè)生態(tài)學(xué)院，湖北武漢430200；2.中南民族大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，湖北武漢430074）

分析了pH對(duì)顆?；钚蕴浚℅AC）吸附苯酚性能的影響。實(shí)驗(yàn)選擇質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%NaOH溶液，采用微波輔助溶液再生的方法，對(duì)吸附苯酚的GAC進(jìn)行再生研究，探討實(shí)驗(yàn)因素對(duì)GAC再生效率的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：最佳的再生條件為微波功率520 W、再生時(shí)間1.5 min、NaOH再生輔助溶液用量10 mL，此時(shí)GAC再生效率為95.6%。在最佳再生條件下，經(jīng)過(guò)6次再生后GAC的吸附能力依然很強(qiáng)。

苯酚；活性炭；微波；再生

活性炭是一種優(yōu)良的吸附劑，在城市飲用水和工業(yè)廢水處理領(lǐng)域得到廣泛使用。然而，吸附飽和后的活性炭如不再生利用，將會(huì)造成巨大的資源浪費(fèi)，而且會(huì)造成環(huán)境的二次污染。因此尋找高效的活性炭再生方法成為相關(guān)學(xué)者的重點(diǎn)研究課題。

近年來(lái)關(guān)于活性炭再生方法的研究層出不窮，其中微波輻照再生以其加熱速度快、再生時(shí)間短、能耗低等優(yōu)點(diǎn)受到部分專(zhuān)家學(xué)者的認(rèn)可〔1-2〕。但微波輻照干法再生過(guò)程中反應(yīng)溫度過(guò)高，容易導(dǎo)致炭量的損失，微孔結(jié)構(gòu)受到破壞〔3〕。而采用酸、堿溶液作為輔助溶液，進(jìn)行微波輔助溶液濕法再生的研究目前尚未見(jiàn)報(bào)道。因此，筆者擬采用微波輔助溶液再生的方法對(duì)吸附苯酚后的活性炭進(jìn)行再生，并分析微波功率、再生時(shí)間、再生輔助溶液用量和再生次數(shù)等因素對(duì)活性炭再生效率的影響。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)儀器

Midea EG823型家用微波爐（改造后）；石英玻璃管再生反應(yīng)器，定制；Spectrumlab 752s紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì)，上海棱光技術(shù)有限公司；SHA-EA恒溫水浴振蕩器，常州國(guó)華電器有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)材料

苯酚，化學(xué)純，上海試劑一廠；椰殼顆?；钚蕴?，鄭州竹林活性炭開(kāi)發(fā)有限公司。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 活性炭預(yù)處理

選用椰殼為原料生產(chǎn)的顆?；钚蕴浚℅AC），為粒狀活性炭，比表面積大。使用前進(jìn)行預(yù)處理以去除無(wú)機(jī)雜質(zhì)等。預(yù)處理方法：稱(chēng)取200 g GAC浸沒(méi)于1 000 mL體積分?jǐn)?shù)為10%的稀鹽酸溶液30 h，過(guò)濾取出后，在沸水中煮沸30 min，蒸餾水反復(fù)清洗至pH為中性，105℃烘干至恒重，冷卻后備用。

1.3.2 活性炭的吸附與再生

（1）GAC對(duì)苯酚的吸附。準(zhǔn)確稱(chēng)取一定量的GAC放入250mL錐形瓶中，加入一定體積的苯酚溶液（質(zhì)量濃度1 190.5 mg/L），置于恒溫（25℃）振蕩器中，振蕩吸附24 h，使吸附達(dá)到平衡。采用紫外-可見(jiàn)分光光度法測(cè)定吸附前、后的苯酚含量。GAC對(duì)苯酚的吸附量按式（1）計(jì)算：

式中：q——吸附達(dá)到平衡后GAC對(duì)苯酚的吸附量，mg/g；ρ0——吸附前溶液中的苯酚質(zhì)量濃度，mg/L；ρe——吸附后溶液中的苯酚質(zhì)量濃度，mg/L；

V——苯酚體積，mL；

m——GAC質(zhì)量，g。

（2）微波輔助溶液再生。移取吸附苯酚后的GAC，加入石英玻璃管中，同時(shí)移取一定量的輔助溶液，搖勻，放在改造的家用微波爐內(nèi)，設(shè)定不同微波功率和再生時(shí)間，考察其對(duì)GAC再生效率的影響。

（3）再生GAC對(duì)苯酚的吸附。GAC再生后放入250 mL錐形瓶中，加入與步驟（1）相同體積及相同質(zhì)量濃度的苯酚溶液，按步驟（1）重新進(jìn)行吸附，并按式（1）計(jì)算平衡吸附量。

再生效率（%）=再生GAC對(duì)苯酚的吸附量/預(yù)處理后GAC對(duì)苯酚的吸附量×100%

2 結(jié)果與討論

2.1 pH對(duì)GAC吸附苯酚性能的影響及再生方法選擇

溶液的pH影響苯酚的離解度，當(dāng)pH達(dá)到某個(gè)范圍時(shí)苯酚就發(fā)生離解，從而影響GAC對(duì)苯酚的吸附效果，同時(shí)溶液的pH會(huì)影響苯酚的溶解度。

采用（1+1）鹽酸和質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%NaOH溶液調(diào)節(jié)pH，分別取pH為0.5、3.0、5.0、7.0、8.0、9.0、10.0、11.0、13.0，其他參數(shù)不變。稱(chēng)取9份6.0 g GAC放入9個(gè)錐形瓶中，分別加入150 mL已調(diào)好pH的苯酚溶液，搖勻，放入25℃恒溫振蕩器中振蕩24 h，測(cè)定吸附飽和后的苯酚質(zhì)量濃度，計(jì)算平衡吸附量。pH對(duì)GAC吸附苯酚性能的影響如圖1所示。

圖1 pH對(duì)GAC吸附苯酚性能的影響

從圖1可見(jiàn)，pH在1~9時(shí)GAC對(duì)苯酚的吸附量基本無(wú)變化，維持在150 mg/g之間；pH在9~13時(shí)GAC對(duì)苯酚的吸附量迅速下降。原因可能是堿性條件下苯酚的羥基易與堿液反應(yīng)，生成在水溶液中溶解度較大的酚鈉鹽，降低了GAC對(duì)苯酚的吸附。因此GAC吸附苯酚的不利pH范圍為9~13。在GAC微波輔助溶液再生研究中，可以選擇堿液進(jìn)行反應(yīng)性再生，實(shí)驗(yàn)所選堿液為質(zhì)量分?jǐn)?shù)1%NaOH溶液。

2.2 實(shí)驗(yàn)因素對(duì)GAC再生效率的影響

2.2.1 再生時(shí)間對(duì)GAC再生效率的影響

分別稱(chēng)取6份6.0 g預(yù)處理過(guò)的GAC，放入6個(gè)錐形瓶中，然后各倒入150 mL的苯酚溶液，放入25℃恒溫振蕩器中振蕩24 h，分別過(guò)濾出吸附飽和后的GAC，同時(shí)測(cè)定各錐形瓶中的苯酚質(zhì)量濃度，以計(jì)算GAC初始苯酚吸附量。吸附飽和后的GAC各加入10 mL NaOH再生輔助溶液，以再生時(shí)間為考察因素進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。再生完成后用蒸餾水洗滌數(shù)次，調(diào)節(jié)GAC的pH至弱酸性，烘干，進(jìn)行吸附實(shí)驗(yàn)。再生時(shí)間分別為1、1.2、1.5、2、2.5、3 min，微波功率設(shè)定為520 W，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。

圖2 再生時(shí)間對(duì)GAC再生效率的影響

由圖2可以看出，再生時(shí)間為1.5 min時(shí)GAC再生效率達(dá)到最高，為93.9%，這是因?yàn)镹aOH與吸附的苯酚發(fā)生反應(yīng)，加速了GAC的再生。此后隨著再生時(shí)間的增加，GAC再生效率開(kāi)始逐漸下降，這可能是因?yàn)樵偕蔬_(dá)到最高后，隨著再生時(shí)間的增加，GAC微孔結(jié)構(gòu)逐漸受到破壞，導(dǎo)致吸附能力下降，同時(shí)由于微波輻照GAC溫度過(guò)高，導(dǎo)致GAC有少量損失，再生效率降低。因此再生實(shí)驗(yàn)過(guò)程中取再生時(shí)間為1.5 min。

2.2.2 微波功率對(duì)GAC再生效率的影響

分別稱(chēng)取5份6.0 g預(yù)處理過(guò)的GAC，放入5個(gè)錐形瓶中，然后各倒入150 mL苯酚溶液，放入25℃恒溫振蕩器中振蕩24 h，分別過(guò)濾出吸附飽和后的GAC，同時(shí)測(cè)定各錐形瓶中的苯酚質(zhì)量濃度，以計(jì)算GAC初始苯酚吸附量。吸附飽和后的GAC各加入10 mL NaOH再生輔助溶液，以微波功率為考察因素進(jìn)行再生實(shí)驗(yàn)。再生完成后用蒸餾水洗滌數(shù)次，調(diào)節(jié)GAC的pH至弱酸性，烘干后進(jìn)行吸附實(shí)驗(yàn)。微波功率分別取125、255、390、520、655 W，再生時(shí)間設(shè)定為1.5 min，結(jié)果如圖3所示。

圖3 微波功率對(duì)GAC再生效率的影響

由圖3可見(jiàn)，隨著微波功率的增大，再生效率迅速增加，當(dāng)微波功率為520 W時(shí)，GAC再生效率達(dá)到最高，為95.9%。此后隨著微波功率的增加，再生效率開(kāi)始下降。這可能是因?yàn)槲⒉üβ蔬^(guò)高時(shí)GAC內(nèi)部積累的能量過(guò)高，破壞了GAC的微孔結(jié)構(gòu)，實(shí)驗(yàn)過(guò)程發(fā)現(xiàn)GAC表面出現(xiàn)少量“電弧”，燒失了少量炭，導(dǎo)致再生效率降低。因此，微波功率取520 W。2.2.3再生輔助溶液用量對(duì)GAC再生效率的影響

NaOH再生輔助溶液考察用量為5、10、20mL。分別稱(chēng)取15份6.0 g GAC放入15個(gè)錐形瓶中，然后各倒入150 mL苯酚溶液，放入25℃恒溫振蕩器中振蕩24 h，過(guò)濾，同時(shí)測(cè)定各錐形瓶中苯酚的濃度，計(jì)算GAC的初始苯酚吸附量。吸附飽和后的GAC選擇5份各加入5 mL NaOH再生輔助溶液，另5份各加入10 mL NaOH再生輔助溶液，剩下5份各加入20 mL NaOH再生輔助溶液，微波功率設(shè)定為520 W，進(jìn)行再生實(shí)驗(yàn)。再生完成后用蒸餾水洗滌數(shù)次，調(diào)節(jié)pH至弱酸性，烘干，進(jìn)行吸附實(shí)驗(yàn)。再生時(shí)間分別為1、1.5、2、2.5、3 min，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。

圖4 NaOH輔助溶液用量對(duì)GAC再生效率的影響

由圖4可見(jiàn)，當(dāng)NaOH再生輔助溶液用量為5mL時(shí)，GAC再生效率不高；隨著再生輔助溶液用量的增加，再生效率開(kāi)始上升。NaOH再生輔助溶液用量為10、20mL時(shí)，GAC再生效率相差不大，此時(shí)當(dāng)再生時(shí)間較短時(shí)，NaOH再生輔助溶液用量為10 mL時(shí)的再生效率比20mL時(shí)的低，這可能是因?yàn)樵偕鷷r(shí)間較短時(shí)NaOH溶液與苯酚反應(yīng)解吸起主要作用，再生輔助溶液用量大的再生效率高。當(dāng)再生時(shí)間較長(zhǎng)，再生輔助溶液用量為10 mL時(shí)的再生效率比20 mL時(shí)的高，這是因?yàn)樵偕鷷r(shí)間較長(zhǎng)時(shí)GAC床層溫度過(guò)高，有小部分的再生輔助溶液噴出，導(dǎo)致GAC再生不充分。

再生時(shí)間為1.5 min時(shí)，NaOH輔助溶液的用量對(duì)GAC再生效率的影響如表1所示。

表1 NaOH輔助溶液用量對(duì)GAC再生效率的影響

由表1可以看出，當(dāng)NaOH再生輔助溶液用量為10 mL時(shí)，GAC再生效率最高為95.6%。因此實(shí)驗(yàn)選擇NaOH再生輔助溶液用量為10 mL。

2.2.4 再生次數(shù)對(duì)GAC再生效率的影響

以最佳微波功率520 W、再生時(shí)間1.5 min、GAC用量6.0 g和NaOH再生輔助溶液用量10 mL為再生條件，每次再生完成后用蒸餾水洗滌數(shù)次，調(diào)節(jié)pH至弱酸性，烘干進(jìn)行吸附實(shí)驗(yàn)，為1次再生完成。此后進(jìn)行多次再生實(shí)驗(yàn)，考察再生次數(shù)對(duì)再生效率的影響，結(jié)果如圖5所示。

圖5 再生次數(shù)對(duì)GAC再生效率的影響

從圖5可以看出，經(jīng)過(guò)2次再生后的再生效率比第1次的高，原因可能是苯酚的降解產(chǎn)物在高溫下短時(shí)間內(nèi)從GAC孔隙中蒸發(fā)時(shí)，對(duì)孔隙有一定的擴(kuò)張作用，改善了GAC的孔結(jié)構(gòu)，從而提高了吸附能力。經(jīng)過(guò)6次再生后，GAC的吸附能力變化較小，直到9次再生后GAC再生效率下降得比較厲害?？梢?jiàn)再生GAC具有很好的應(yīng)用價(jià)值。

3 結(jié)論

（1）考察pH對(duì)GAC吸附苯酚性能的影響，確定GAC吸附苯酚的不利pH范圍是9~13。在GAC微波輔助溶液再生研究中，選擇質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1% NaOH溶液進(jìn)行反應(yīng)性再生。

（2）加入NaOH再生輔助溶液進(jìn)行濕法再生，最佳再生條件為：微波功率520 W、再生時(shí)間1.5 min、NaOH再生輔助溶液用量10 mL，此時(shí)GAC最佳再生效率為95.6%。在上述最佳再生條件下，經(jīng)過(guò)6次再生后，GAC的吸附能力依然很強(qiáng)。

（3）經(jīng)實(shí)驗(yàn)改進(jìn)后，輔助溶液再生過(guò)程中再生溫度較低，GAC的再生效率比干法再生的高，多次再生循環(huán)后GAC的吸附能力依然很高。因此，采用微波輔助溶液對(duì)GAC進(jìn)行再生具有很好的應(yīng)用前景。

［1］Ho T C，Lee Y，Chu H W，et al．Modeling of mercury desorption from activated carbon at elevated temperatures under fluidized/fixed bed operations［J］．Powder Technology，2005，151（1/2/3）：54-60．

［2］Foo K Y，Hameed B H．Microwave-assisted regeneration of activated carbon［J］．Bioresource Technology，2012，119（7）：234-240．

［3］趙浩，董文龍，劉志英，等．活性炭吸附苯酚及其微波輻照再生效果［J］．南京工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2010，32（1）：28-32．

Microwave-assisted solution regeneration effect on the activated carbon adsorbed for phenol

Dong Wenlong1，Cui Longzhe2
（1.School of Forestry Ecological，Hubei Ecology Vocational College，Wuhan 430200，China；2.College of Resource and Environment，South-Central University for Nationalities，Wuhan 430074，China）

The influences of pH on the adsorption capacity of granular activated carbon（GAC）for phenol has been analyzed.In the experiments mass concentration 1%of NaOH solution is chosen，and the microwave-assisted solution regeneration method is used in the regeneration research on GAC adsorption for phenol.The influences of the experimental factors on the GAC regeneration efficiency are discussed.The experimental results show that when the optimal regeneration conditions are as follows：microwave power is 520 W，regeneration time 1.5 min，and dosage of NaOH regeneration assisted solution 10 mL，the GAC regeneration rate is 95.6%.Under optimal regeneration conditions，the GAC adsorption capacity is still very strong，even after 6 times of regeneration.

phenol；activated carbon；microwave；regeneration

TQ424.1

A

1005-829X（2016）12-0073-04

董文龍（1983—），碩士，講師。電話：15671669360，E-mail：dragon_dwl@163.com。

2016-10-20（修改稿）

湖北省環(huán)保廳環(huán)?？蒲许?xiàng)目（2013HB03）