公維潔，屈軍艷，王教帥

(海南熱帶海洋學(xué)院，海南 三亞 572022)

混合堿活化廢棄甘蔗渣吸附有機(jī)實(shí)驗(yàn)室廢水研究

公維潔，屈軍艷，王教帥

(海南熱帶海洋學(xué)院，海南 三亞 572022)

以生活中廢棄甘蔗渣為原料，采用混合堿活化法制備活性炭，研究了其對(duì)有機(jī)實(shí)驗(yàn)室廢水的吸附性能，考察了不同比例的KOH∶NaOH溶液對(duì)活性炭吸附性能的影響。結(jié)果表明，用4.2∶1的KOH∶NaOH混合堿溶液活化制得的甘蔗渣活性炭處理有機(jī)廢水的效果最好，其粒徑限定在100 ～120目大小為宜。

甘蔗渣；活性炭；有機(jī)實(shí)驗(yàn)室廢水；混合堿法；配比

海南省是我國主要的甘蔗糖產(chǎn)區(qū)，現(xiàn)有糖廠近30家，年產(chǎn)糖量近30萬t。甘蔗的大規(guī)模種植給農(nóng)民帶來了豐厚的經(jīng)濟(jì)效益，但由此產(chǎn)生的大量廢棄物也給環(huán)境帶來了巨大壓力。因此，甘蔗渣廢棄物的綜合利用成為科研攻關(guān)的重要課題。

甘蔗渣是天然的高分子材料，蘊(yùn)藏著豐富的生物質(zhì)能，是一種可持續(xù)發(fā)展的優(yōu)質(zhì)生物質(zhì)資源。國內(nèi)外科研工作者都在探索甘蔗渣綜合利用的新途徑[1-6]。本課題組致力于將這些生物質(zhì)廢棄物轉(zhuǎn)化為活性炭用以實(shí)驗(yàn)室有機(jī)廢水的處理，并得出結(jié)論：甘蔗渣活性炭粒徑限定在100～120目大小時(shí)，對(duì)有機(jī)實(shí)驗(yàn)室廢水具有很好的處理效果[7]。本文在已有的工作基礎(chǔ)上，進(jìn)一步研究用混合堿活化法制備甘蔗渣活性炭對(duì)吸附效果的影響。

1 實(shí)驗(yàn)材料和方法

1.1 原料

甘蔗渣由海南本地種植的甘蔗壓榨而得。實(shí)驗(yàn)所用試劑:氫氧化鈉；氫氧化鉀；苯；甲苯；苯酚；丙酮；乙酸乙酯均為分析純。

1.2 儀器

日本島津公司生產(chǎn)的UV-2550紫外可見分光光度計(jì)；奧豪儀器有限公司生產(chǎn)的電子分析天平；真空干燥箱，金壇市盛藍(lán)儀器制造有限公司；電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱，金壇市盛藍(lán)儀器制造有限公司。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 活性炭的制備

(1)甘蔗渣的干燥、粉碎

將甘蔗去皮，切段，洗凈后壓榨得甘蔗渣。將其去節(jié)，反復(fù)清洗，浸泡，煮沸，烘干，粉碎。

(2)碳化

取適量甘蔗渣，裝入硬質(zhì)試管中，將試管兩端塞上棉團(tuán)，并塞上帶導(dǎo)管的橡皮塞，用酒精噴燈加熱至炭粒紅熾或不再產(chǎn)生氣體即可。將碳化后甘蔗渣研磨并過100～120目篩，得甘蔗渣炭粒。

(3)活化

取活性炭粒，各加入50mL 一系列比例的混合堿溶液(其中混合堿中KOH和NaOH的濃度均為2 mol/L)，反復(fù)煮沸。

(4)水洗過濾

將活化后的甘蔗渣過濾，用蒸餾水反復(fù)清洗、煮沸，至溶液呈中性。

(5)干燥

清洗好的活性炭放入105℃的電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱中干燥6～7h，即得成品活性炭。

1.3.2 活性炭處理有機(jī)實(shí)驗(yàn)室廢水

(1)預(yù)處理

取有機(jī)實(shí)驗(yàn)室廢水樣品(主要含苯、甲苯、苯酚、乙酸乙酯、丙酮等有機(jī)物)6份，各30mL，依次編號(hào)為1～6。將1號(hào)做為空白樣，2～6號(hào)中分別加入KOH和NaOH比為2∶1、4∶1、6∶1、8∶1、10∶1的混合堿活化得到的活性炭1g，靜置2h后過濾，對(duì)樣品進(jìn)行紫外可見分光光度計(jì)掃描，波長(zhǎng)范圍200～700nm。通過比較相同吸收峰的變化，判斷不同比例混合堿活化制得的活性炭吸附效果，得出混合堿的最佳配比范圍。

根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)得到的最佳配比范圍，以0.5為梯度配制一系列配比為2.5∶1、3∶1、3.5∶1、4∶1、4.5∶1、5∶1、5.5∶1的混合堿溶液再測(cè)1次。

(2)實(shí)驗(yàn)過程

根據(jù)預(yù)實(shí)驗(yàn)中混合堿的最佳配比范圍，以0.1為梯度配制一系列混合堿溶液來制備甘蔗渣活性炭。

取以苯環(huán)系為主要有機(jī)污染物的有機(jī)實(shí)驗(yàn)廢水樣品10份，各30mL，依次編號(hào)為1～10。將1號(hào)做為空白樣，2～10號(hào)中分別加入KOH和NaOH比為4.1∶1、4.2∶1、4.3∶1、4.4∶1、4.5∶1、4.6∶1、4.7∶1、4.8∶1、4.9∶1的混合堿活化得到的活性炭1g，靜置2h后過濾，對(duì)樣品進(jìn)行紫外可見分光光度計(jì)掃描。

再分別取以酚、酮、酯類為主要有機(jī)污染物的有機(jī)實(shí)驗(yàn)廢水，按上述方法進(jìn)行檢測(cè)。

2 結(jié)果和討論

2.1 預(yù)處理結(jié)果及分析

用KOH和NaOH配比為2∶1、4∶1、6∶1、8∶1、10∶1的混合堿活化得到的甘蔗渣活性炭處理有機(jī)實(shí)驗(yàn)室廢水，其處理結(jié)果如圖1所示。

由圖1可知，隨著混合堿配比的增加，甘蔗渣活性炭吸附有機(jī)實(shí)驗(yàn)室廢水呈現(xiàn)出先變強(qiáng)后變?nèi)醯内厔?shì)。用4∶1的KOH∶NaOH溶液活化制得的甘蔗渣活性炭處理后的有機(jī)廢水的吸收峰最小，即廢水中所含有機(jī)物質(zhì)最少，得出制備甘蔗渣活性炭所用混合堿活化劑的最佳配比范圍為2∶1～6∶1。

用KOH和NaOH配比為2.5∶1、3∶1、3.5∶1、4∶1、4.5∶1、5∶1、5.5∶1的混合堿活化得到的甘蔗渣活性炭處理有機(jī)實(shí)驗(yàn)室廢水，其處理結(jié)果如圖2所示。

由圖2可知，用4.5∶1的KOH∶NaOH溶液活化制得的甘蔗渣活性炭處理后的有機(jī)廢水的吸收峰最小，制備甘蔗渣活性炭所用活化劑的最佳配比范圍是4∶1～5∶1。

2.2 不同配比的混合堿制得的甘蔗渣活性炭對(duì)不同類有機(jī)實(shí)驗(yàn)室廢水的處理效果

分別采用4.1∶1、4.2∶1、4.3∶1、4.4∶1、4.5∶1、4.6∶1、4.7∶1、4.8∶1、4.9∶1的混合堿溶液(KOH/NaOH)做活化劑制得的甘蔗渣活性炭，處理含有苯環(huán)系類、酚類、酮類和酯類的有機(jī)實(shí)驗(yàn)室廢水，并使用紫外可見分光光度計(jì)掃描，比較相同吸收峰的變化。

2.2.1 對(duì)含苯類有機(jī)實(shí)驗(yàn)室廢水處理效果

分別取1g上述甘蔗渣活性炭，處理30mL含苯環(huán)系類有機(jī)實(shí)驗(yàn)室廢水2h，測(cè)定結(jié)果如圖3所示。

由圖3可知，從吸收峰的位置來看，不同比例的混合堿溶液活化制得的甘蔗渣活性炭處理效果區(qū)別很大，且吸附效果與混合堿溶液的配比不成正比。用4.2∶1的KOH∶NaOH溶液活化制得的甘蔗渣活性炭處理后的含苯類有機(jī)廢水的吸附效果最好。

2.2.2 對(duì)含酚類有機(jī)實(shí)驗(yàn)室廢水處理效果

分別取1g上述甘蔗渣活性炭，處理30mL含酚類有機(jī)實(shí)驗(yàn)室廢水2h，測(cè)定結(jié)果如圖4所示。

由圖4可知，混合堿的配比為4.2∶1時(shí)，甘蔗渣活性炭處理含酚類有機(jī)廢水的吸收峰最低，處理效果最好。

2.2.3 對(duì)含酮類有機(jī)實(shí)驗(yàn)室廢水處理效果

分別取1g上述甘蔗渣活性炭，處理30mL含酚類有機(jī)實(shí)驗(yàn)室廢水2h，測(cè)定結(jié)果如圖5所示。

由圖5可知，不同配比的活化劑制得的活性炭處理酮類廢水的吸收峰有著明顯的不同。用配比為4.1∶1、4.6∶1、4.9∶1的KOH∶NaOH溶液活化制得的甘蔗渣活性炭處理含脂類有機(jī)廢水的吸收峰高度接近，處理效果相差不大。用4.2∶1的混合堿制得的甘蔗渣活性炭處理后的含酮類有機(jī)廢水的吸收峰最小，吸附效果最好。

2.2.4 對(duì)含酯類有機(jī)實(shí)驗(yàn)室廢水處理效果

分別取1g上述甘蔗渣活性炭，處理30mL含酯類有機(jī)實(shí)驗(yàn)室廢水2h，測(cè)定結(jié)果如圖6所示。

如圖6可知，甘蔗渣活性炭對(duì)含酯類有機(jī)廢水的處理效果非常明顯，且吸附效果與混合堿溶液的配比不成正比。用4.2∶1的KOH∶NaOH 混合堿溶液活化制得的甘蔗渣活性炭處理后的廢水所含的酯類物質(zhì)是最少的，處理效率最高。

3 活化機(jī)理分析

由實(shí)驗(yàn)可知，混合堿中KOH∶NaOH比例不同，活化制得的甘蔗渣活性炭處理有機(jī)實(shí)驗(yàn)室廢水的效果區(qū)別很大。隨著KOH含量的增加，活性炭的吸附值總體呈現(xiàn)出先增大后減小的變化規(guī)律，在KOH∶NaOH為4.2∶1時(shí)，達(dá)到最大值。這與KOH和NaOH復(fù)合活化機(jī)理有關(guān)，隨著KOH用量的增加，活化反應(yīng)加劇，活性炭中不斷形成微孔和中孔，吸附性能增強(qiáng)；當(dāng)用量達(dá)到一定程度時(shí)，對(duì)物料的刻蝕程度加大，碳鏈上的活性點(diǎn)不斷反應(yīng)氣化，開孔作用減弱，導(dǎo)致孔的擴(kuò)大和坍塌，形成中孔和大孔，造成吸附性降低。

4 結(jié)論

實(shí)驗(yàn)通過對(duì)混合堿活化劑配比實(shí)驗(yàn)的對(duì)比，對(duì)有機(jī)實(shí)驗(yàn)室廢水吸附規(guī)律的分析，得出KOH∶NaOH在最佳配比4.2∶1時(shí)，活化制得的甘蔗渣活性炭處理有機(jī)廢水的效果最好?；旌蠅A的配比是影響甘蔗渣活性炭吸附性能的重要因素，隨著KOH含量的增加，活性炭的吸附性總體呈現(xiàn)出先增大后減小的變化規(guī)律，這與KOH/NaOH協(xié)同活化機(jī)理有關(guān)。此外，混合堿的配比對(duì)不同類的有機(jī)廢水處理效果影響不大。該實(shí)驗(yàn)為利用甘蔗渣制取活性炭的應(yīng)用提供了理論參考數(shù)據(jù)。

[1]秦國華,鄭黎明.ZnCl2活化法制備甘蔗渣生物質(zhì)吸附劑吸附性能研究[J].綠色科技,2016(12):56-58.

[2]項(xiàng)國梁,喻澤斌.響應(yīng)面法優(yōu)化甘蔗渣-污泥復(fù)合活性炭的制備工藝[J].環(huán)境工程學(xué)報(bào)，2014,8(12):5475-5482.

[3]周曰,潘衛(wèi)國.磷酸活化法制備甘蔗渣活性炭及其吸附性能研究[J].上海電力學(xué)院學(xué)報(bào),2013,29(1):97-100.

[4]劉凱,劉敬勇.改性甘蔗渣制備活性炭對(duì)水中Cr(Ⅵ)的吸附研究[J].電鍍與精飾,2013,25(3):41-46.

[5]吳小中,周晉.微波活化甘蔗渣合成活性炭及其電化學(xué)電容特性[J].中北大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2012,33(2):179-185.

[6]黃錦鋒,黃彪.機(jī)械力輔助氯化鋅活化法制備甘蔗渣活性炭[J].林業(yè)科學(xué)，2012,48(10):131-135.

[7]屈軍艷,胡成.幾種生物質(zhì)活性炭處理有機(jī)實(shí)驗(yàn)室廢水的研究[J].實(shí)驗(yàn)室科學(xué),2013,16(1):34-37.

Adsorption of Laboratory Organic Wastewater by Bagasse-Based Activated Carbon Prepared by Mixed Base Method

GONG Wei-jie, QU Jun-yan, WANG Jiao-shuai

(School of Hainan Tropical Ocean University, Sanya Hainan 572022, China)

Activated carbon was prepared from bagasse by using KOH/NaOH as the activation agent. The absorption performance of the activated carbon for organic wastewater was studied. The influence of NaOH/KOH ratio was systematically investigated. The results showed that the optimum preparation conditions was that the ratio of the activating agents was 4.2∶1 and the suitable size of which was 100～120 mesh.

bagasse; activated carbon; organic wastewater; mixed alkali activation; the ratio of the activating agents

2017-03-01

三亞市院地科技合作項(xiàng)目(2015YD37)。

公維潔(1982-)，女，河北人，海南熱帶海洋學(xué)院，實(shí)驗(yàn)師，碩士研究生，研究方向?yàn)椴牧匣瘜W(xué)。

X703

A

1673-9655(2017)04-0061-04