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        吸附重金屬離子活性炭再生工藝分析

        2018-05-11 12:44:24付國(guó)勝
        山西化工 2018年1期
        關(guān)鍵詞:損耗率硝酸活性炭

        付國(guó)勝

        (大同煤業(yè)金鼎活性炭有限公司,山西 大同 037001)

        引 言

        為了進(jìn)一步提升對(duì)重金屬離子的吸附性能,選用改性劑對(duì)活性炭進(jìn)行改性,從而更好地提升重金屬離子的吸附效果,并降在一定程度上降低污染[1]?;钚蕴繕O強(qiáng)的吸附功能,可以更好地將重金屬離子中的有毒有害物質(zhì)等進(jìn)行吸附清除,并發(fā)揮出吸附重金屬離子活性炭再生工藝的最大作用。

        1 吸附重金屬離子活性炭再生實(shí)驗(yàn)

        1.1 儀器的選用

        本實(shí)驗(yàn)選用PHS-25型號(hào)的PH計(jì),SHA-B型號(hào)的恒溫水浴振蕩器、T5紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)、AB204_E型號(hào)的電子天平以及101-1A型號(hào)的電熱鼓風(fēng)干燥箱和循環(huán)水真空泵。試劑分別選用了硝酸(HNO3)、氫氧化鈉(NaOH)、硫酸(H2SO4)、磷酸(H3PO4)、六 次 甲 基 四 胺 (C6H12N4)、抗 壞 血 酸(C6H8O6)、聚乙烯醇(C2H4O)等市場(chǎng)上較為常見(jiàn)的分析純?cè)噭┯脕?lái)進(jìn)行吸附重金屬離子活性炭再生實(shí)驗(yàn)。

        1.2 吸附實(shí)驗(yàn)工序

        在進(jìn)行儀器以及試劑的選取完畢后,便要進(jìn)行相關(guān)的吸附實(shí)驗(yàn),該實(shí)驗(yàn)選取了50mL質(zhì)量濃度為1 000mg/L的Cr、Pb、Cd溶液,經(jīng)專(zhuān)業(yè)調(diào)試儀器在進(jìn)行調(diào)試后得出上述三種的溶液PH值分別為3、6、6,在得出實(shí)際的PH值后,相關(guān)的實(shí)驗(yàn)人員分別對(duì)此加入了2.0、1.2、2.0克的活性炭,并放入恒溫水浴震蕩期中,并將溫度合理的控制在30℃左右,以200r/min的速度進(jìn)行轉(zhuǎn)速震蕩,震蕩的時(shí)間為兩天左右,在進(jìn)行震蕩后,將其進(jìn)行過(guò)濾,并測(cè)得過(guò)濾后的吸附量對(duì) Cr、Pb、Cd的值分別為22.558mg/g、35.655mg/g、11.22mg/g[2]。

        1.3 再生實(shí)驗(yàn)工序

        再生實(shí)驗(yàn)主要采用濃度為5%的硝酸(HNO3)對(duì)活性炭進(jìn)行再生處理,并保證活性炭質(zhì)量與硝酸體積為1∶30左右,并將再生溫度取值分別為20℃~50℃,對(duì)于再生時(shí)間選取為1h、2h、4h、8h以及24h,對(duì)于再生次數(shù)的選取為1次~5次,在對(duì)上述數(shù)據(jù)進(jìn)行合理選取后,便要對(duì)其進(jìn)行活性炭質(zhì)量耗損率以及實(shí)際恢復(fù)率的計(jì)算。

        1.4 活性炭再生表示

        1)耗損活性炭質(zhì)量占原有活性炭耗損程度越高,說(shuō)明活性炭質(zhì)量損失越嚴(yán)重。2)在進(jìn)行再生處理后的活性炭吸附能力與再生前吸附能力相比,性能恢復(fù)率越高說(shuō)明活性炭吸附能力越強(qiáng)。

        2 吸附重金屬離子活性炭再生實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

        2.1 再生溫度對(duì)活性炭吸附的影響

        采用濃度為5%的硝酸(HNO3)對(duì)活性炭進(jìn)行再生處理,并保證活性炭質(zhì)量與硝酸體積為1∶30左右,并將再生溫度取值分別為20℃~50℃,將再生時(shí)間控制在8h以下,再生溫度對(duì)活性炭的實(shí)際耗損率以及恢復(fù)率如第19頁(yè)圖1、圖2所示。

        圖1 再生溫度對(duì)活性炭質(zhì)量耗損率的實(shí)際影響

        圖2 再生溫度對(duì)活性炭性能恢復(fù)率的影響

        由上述圖可知,活性炭質(zhì)量的損耗率與再生溫度呈正比,再生過(guò)程質(zhì)量被損耗的其中一部分是因?yàn)榛钚蕴克降奈镔|(zhì)出現(xiàn)脫附現(xiàn)象,另一方面主要是因?yàn)樗嵝匀芤涸谝欢囟认聲?huì)致使活性炭孔結(jié)構(gòu)發(fā)生了一定的氧化過(guò)程,從而導(dǎo)致再生過(guò)程中的質(zhì)量損耗的情況發(fā)生。若一再提高溫度,只會(huì)加速吸附物質(zhì)的脫附,從而致使活性炭孔結(jié)構(gòu)的燒毀程度加深,在一定程度上影響活性炭質(zhì)量損耗率[4]。與此同時(shí),通過(guò)圖2可以得知活性炭性能的恢復(fù)率隨再生溫度的升高而逐漸增加,說(shuō)明活性炭性能的恢復(fù)率與再生溫度成正比,由于吸附在活性炭上的Cr、Pb、Cd會(huì)受到較高的溫度而提升恢復(fù)率,硝酸(HNO3)的再生也屬于化學(xué)再生機(jī)理,并主要體現(xiàn)在溫度越高越有利于活性炭所吸附的Cr、Pb、Cd與硝酸(HNO3)進(jìn)行一定的化學(xué)反應(yīng)結(jié)合,在一定程度上提升了活性炭吸附性能。

        2.2 再生時(shí)間對(duì)活性炭吸附的影響

        采用濃度為5%的硝酸(HNO3)對(duì)活性炭進(jìn)行再生處理,并保證活性炭質(zhì)量與硝酸體積為1∶30左右,并將再生溫度取值分別為20℃~50℃。再生時(shí)間選取為1h、2h、4h、8h以及24h,再生溫度對(duì)活性炭的實(shí)際耗損率以及恢復(fù)率如圖3,圖4所示。

        圖3 再生時(shí)間對(duì)活性炭質(zhì)量損耗率的實(shí)際影響

        圖4 再生時(shí)間對(duì)活性炭性能恢復(fù)率的實(shí)際影響

        由上述圖可知,活性炭質(zhì)量的損耗率與再生溫度呈正比,再生過(guò)程質(zhì)量被損耗的其中一部分是因?yàn)榛钚蕴克降奈镔|(zhì)出現(xiàn)脫附現(xiàn)象,另一方面主要是因?yàn)樗嵝匀芤涸谝欢囟认聲?huì)致使活性炭孔結(jié)構(gòu)發(fā)生了一定的氧化過(guò)程,從而導(dǎo)致再生過(guò)程中的質(zhì)量損耗的情況發(fā)生[5]。因此,再生時(shí)間與活性炭燒蝕的時(shí)間成正比。由圖4可知,活性炭恢復(fù)率隨著再生時(shí)間的延長(zhǎng)而增加,其主要原因是再生時(shí)間越長(zhǎng),活性炭所吸附的Cr、Pb、Cd會(huì)脫附的越徹底,其性能恢復(fù)得也會(huì)越好。與此同時(shí),當(dāng)4h狀態(tài)下的活性炭性能恢復(fù)率隨著再生時(shí)間的增長(zhǎng)而逐漸呈緩慢的上漲狀態(tài),當(dāng)再生時(shí)間為8h左右時(shí),活性炭吸附的物質(zhì)便已經(jīng)處于完全脫附狀態(tài)[4]。

        2.3 再生次數(shù)對(duì)活性炭吸附的影響

        通過(guò)對(duì)再生次數(shù)對(duì)活性炭吸附的影響也是采用濃度為5%的硝酸(HNO3)對(duì)活性炭進(jìn)行再生處理,并保證活性炭質(zhì)量與硝酸體積為1∶30左右,并將再生溫度取值分別為20℃~50℃,對(duì)于再生時(shí)間選取為1h、2h、4h、8h以及24h,再生次數(shù)選用1次~5次不等,再生次數(shù)對(duì)活性炭的實(shí)際耗損率以及恢復(fù)率如圖5、第20頁(yè)圖6所示。

        圖5 再生次數(shù)對(duì)活性炭性能損耗率的實(shí)際影響

        通過(guò)上述折線(xiàn)圖可以得知,活性炭質(zhì)量的損耗率與再生次數(shù)成正比,當(dāng)硝酸再生后,活性炭需要依靠去離子水將其洗至PH值為6.68左右,在具體洗滌的過(guò)程中很容易造成活性炭的質(zhì)量損耗,硝酸溶液在經(jīng)過(guò)再生次數(shù)后,活性炭性能更會(huì)在一定程度上遭到破壞。除此之外,活性炭性能的恢復(fù)率也會(huì)隨著硝酸的再生次數(shù)的增加而逐漸處于降低的趨勢(shì),主要是因?yàn)樵偕幕钚蕴棵摳讲煌耆?燒蝕也會(huì)較以往有一定程度上的增加,但是在第5次以后的活性炭仍具有較強(qiáng)的吸附能力[5]。

        圖6 再生次數(shù)對(duì)活性炭性能恢復(fù)率的實(shí)際影響

        3 結(jié)論

        經(jīng)過(guò)上述的實(shí)驗(yàn)可知,硝酸再生吸附重金屬活性炭效果最為明顯,再生結(jié)果表明,隨著再生的溫度升高,活性炭質(zhì)量損耗率也與再生的溫度成正比。通過(guò)相關(guān)實(shí)驗(yàn)人員對(duì)吸附重金屬離子活性炭再生工藝進(jìn)行分析研究后得出上述的觀點(diǎn),希望可以為我國(guó)環(huán)保行業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展提供更為有利的幫助。

        參考文獻(xiàn):

        [1] 張?chǎng)?黃叢聰,李桂霞,等.不同生物質(zhì)基市售活性炭對(duì)重金屬吸附性能的研究[J].南方農(nóng)機(jī),2017,48(4):8-9.

        [2] 傅成鍇,郭千里,梁成博,等.高酸度蘆葦活性炭的制備及其吸附性能[J].農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境學(xué)報(bào),2017,34(2):175-181.

        [3] 施周,鄧林.水中重金屬離子吸附材料的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)[J].建筑科學(xué)與工程學(xué)報(bào),2017,34(5):21-30.

        [4] 張昊,范新宇,王建坤,等.交聯(lián)羧甲基淀粉的制備及其對(duì)重金屬離子的吸附性能[J].化工進(jìn)展,2017,36(7):2554-2561.

        [5] 董川,馬駿,劉宏芳,等.鈦酸納米管/活性炭復(fù)合材料對(duì)水體中鉛和亞甲基藍(lán)的吸附[J].山西大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2017,40(3):569-576.

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