摘 要：制備了玉米秸稈基活性炭，探討了活性炭與超聲技術(shù)對(duì)模擬甲基橙工業(yè)廢水中甲基橙吸附效果，在實(shí)驗(yàn)條件下，考察了活性炭用量、體系溫度、超聲吸附時(shí)間、超聲功率等因素對(duì)吸附效果的影響。結(jié)果表明：對(duì)于50mg/L的甲基橙溶液，體系溫度為50℃左右，活性炭加入量約為200g（活性炭）/g（甲基橙），超聲功率為80W下超聲吸附20min時(shí)吸附率較高。

關(guān)鍵詞：活性炭；超聲；甲基橙；吸附率

活性炭因其優(yōu)異的吸附性能而在現(xiàn)代城市生活污水和工業(yè)廢水，特別是其中的有機(jī)物治理中表現(xiàn)良好的優(yōu)越性。超聲波技術(shù)是一種利用自身特點(diǎn)即超聲波的空化作用來實(shí)現(xiàn)水中污染物特別是有機(jī)污染物的降解，是目前大力發(fā)展環(huán)境治理中水污染處理的重要手段之一，成為了近年來的應(yīng)用研究熱點(diǎn)[1～3]。本研究擬將活性炭吸附性能和超聲波降解技術(shù)融合在一起，探討其應(yīng)用前景，用玉米秸稈為原料自制活性炭，并同時(shí)借助超聲技術(shù)，研究探討了自制活性炭在超聲條件下超聲功率、吸附劑用量、吸附時(shí)間、吸附溫度、初始濃度等因素對(duì)自制模擬甲基橙廢水中甲基橙的吸附及降解作用。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)原料與儀器

玉米秸稈（湖北荊州）；氯化鋅、磷酸、鹽酸、甲基橙均為分析純。電子分析天平，722N型可見分光光度計(jì)，電熱恒溫干燥箱，數(shù)控超聲波發(fā)生器（最大功率160W），真空抽濾機(jī)。

1.2 活性炭的制備

將玉米秸稈置于2mol/L的磷酸溶液中煮沸3h，再用濃度為30%的氯化鋅活化劑溶液中浸泡活化10h，取出烘干至恒重。將處理后的玉米秸稈置于管式電阻爐中，在N2保護(hù)下升溫至450℃并保溫2h，在自然條件下降溫至室溫后取出置入盛有10%（wt）鹽酸的燒杯中浸泡，然后用蒸餾水反復(fù)洗滌至中性。最后將其置于120℃恒溫干燥箱內(nèi)干燥12h，經(jīng)粉碎研磨，即得到玉米秸稈活性炭產(chǎn)品。

1.3 甲基橙的檢測

通過分析甲基橙標(biāo)準(zhǔn)樣品獲知甲基橙最大吸收波長為505nm。甲基橙含量通過可見分光光度計(jì)在該波長下測量自制甲基橙廢水在處理前后吸光度，由朗伯比爾定律可得總體吸附率為：（A1-A2）/A1×100%，其中：A1為處理前自制廢水吸光度值，A2為處理后自制廢水吸光值。

2 結(jié)果與討論

研究中通過空白對(duì)照實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)超聲技術(shù)與活性炭對(duì)甲基橙的吸附有較強(qiáng)的協(xié)調(diào)效應(yīng)，單獨(dú)通過超聲或活性炭對(duì)甲基橙的吸附要遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于二者共同作用。研究還通過單因素實(shí)驗(yàn)，探討了吸附劑用量、吸附時(shí)間、超聲功率、吸附溫度等因素在實(shí)驗(yàn)條件下對(duì)自制廢水中甲基橙吸附的影響。

2.1 吸附劑用量對(duì)吸附效果的影響

取濃度為50mg/L的甲基橙溶液50mL，恒溫30℃，超聲功率及吸附時(shí)間分別為100W和15min，活性炭用量對(duì)吸附效果影響如圖1所示?？梢钥闯?，在活性炭用量為0.5g之前，活性炭用量越大，甲基橙的吸附率越高。當(dāng)用量達(dá)到0.5g甚至更多時(shí)，吸附率基本不再變化，吸附基本達(dá)到平衡。因此在實(shí)驗(yàn)條件下最佳自制活性炭的用量為200g（活性炭）/g（甲基橙），過多加入不會(huì)增大吸附率且會(huì)造成一定程度的浪費(fèi)。

2.2 超聲時(shí)間對(duì)吸附效果的影響

取活性炭0.45g加入濃度為50mg/L的50mL甲基橙溶液中，恒溫30℃，置于超聲功率為100W超聲發(fā)生器中進(jìn)行吸附。超聲吸附時(shí)間對(duì)吸附率的影響如圖2所示。從圖2知，當(dāng)超聲吸附時(shí)間達(dá)20min時(shí)，活性炭對(duì)廢水中甲基橙吸附基本達(dá)到平衡，對(duì)比在沒有超聲作用下的吸附率發(fā)現(xiàn)，超聲作用大大的提高的吸附的速率，同時(shí)因其空化作用促進(jìn)了甲基橙的降解。實(shí)驗(yàn)條件下最佳吸附時(shí)間為20min。

2.3 超聲功率對(duì)吸附效果的影響

分別取活性炭0.45g加入濃度為50mg/L的50mL甲基橙溶液中，恒溫30℃，在一定超聲功率下超聲吸附20min，超聲功率對(duì)吸附率的影響如圖3所示。從圖3可知，超聲對(duì)于活性炭吸附能力有明顯的增強(qiáng)作用。這是因?yàn)樵隗w系中加入超聲作用，加快了廢水溶液中甲基橙分子的運(yùn)動(dòng)活性，提高了其接觸活性炭的幾率，使得甲基橙更容易被吸附；當(dāng)超聲功率進(jìn)一步增大時(shí)，超聲作用產(chǎn)生的羥基自由基的強(qiáng)氧化能力可能會(huì)使得被吸附的甲基橙分子發(fā)生降解，從一定程度上提高了活性炭的吸附能力；超聲功率的進(jìn)一步增大反而會(huì)使得吸附率減弱，這是因?yàn)檫^強(qiáng)的超聲作用使得吸附的甲基橙在空化作用下發(fā)生了脫吸。實(shí)驗(yàn)條件下最適合超聲功率為80W。

2.4 溫度對(duì)吸附效果的影響

分別取活性炭0.45g加入濃度為50mg/L的50mL甲基橙溶液中，控制超聲功率為80W，吸附20min，體系溫度對(duì)甲基橙吸附率的影響如圖4所示。從圖4可以看出，低于50℃時(shí)，溫度的升高能夠促進(jìn)超聲條件下的吸附，這是因?yàn)樵跍囟炔惶叩那闆r下，溫度的升高加強(qiáng)了分子運(yùn)動(dòng)，使得甲基橙與活性炭接觸概率增大；而溫度進(jìn)一步升高時(shí)，吸附率基本不變，吸附率基本趨于穩(wěn)定，這是因?yàn)闇囟鹊纳邔⑹沟脤?dǎo)致活性炭對(duì)甲基橙的脫吸速率大于吸附速率，與此同時(shí)，超聲的空化作用的增強(qiáng)將會(huì)促進(jìn)被吸附的甲基橙分子降解，在一定程度上增大吸附速率，這樣使得總體吸附于脫吸基本平衡。

3 結(jié)束語

研究表明，自制玉米秸稈活性炭對(duì)甲基橙具有較好的吸附能力，超聲的空化作用對(duì)甲基橙的吸附有較大的促進(jìn)作用，兩者結(jié)合存在較強(qiáng)的協(xié)調(diào)效應(yīng)。對(duì)于50mg/L的模擬甲基橙廢水最佳工藝條件為：體系溫度為50℃左右，活性炭加入量約為200g（活性炭）/g（甲基橙），超聲功率為80W下超聲吸附20min。

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