陳春林

（大同煤業(yè)金鼎活性炭有限公司,山西 大同 037001）

引 言

工業(yè)含鎘廢水的排放是我國(guó)當(dāng)前鎘廢水的主要來源,且其對(duì)于水資源的污染十分嚴(yán)重［1］。我國(guó)對(duì)于工業(yè)廢水中鎘廢水的最高排放質(zhì)量濃度設(shè)定為0.1mg/L－1,目前卻很難有企業(yè)達(dá)到廢水排放標(biāo)準(zhǔn),也就造成了鎘廢水處理問題的日益嚴(yán)重化。在鎘廢水的處理中,主要有化學(xué)法、物理法和微生物法3種。其中,利用脫灰煤基活性炭吸附法處理含鎘廢水屬于物理法中的一種,具有環(huán)保性,且安全可靠。

1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

在活性炭吸附處理含鎘廢水中,可以根據(jù)溶液內(nèi)離子吸附前后的濃度差計(jì)算出活性炭的吸附效果,以此作為理論依據(jù),處理含鎘廢水。

1.1 材料與儀器

本次實(shí)驗(yàn)中,選取活性炭E1,進(jìn)行樣品過篩,得到30目（613mm）活性炭。再對(duì)活性炭進(jìn)行氧化,得到脫灰煤基活性炭。再準(zhǔn)備1 000mg/L溶液備用,作為含鎘廢水備用。

原子吸收光譜儀,原子吸收分光光度計(jì),鎘空心陰極燈,紫光分光光度計(jì),電熱恒溫水浴鍋,天平,pH計(jì),干燥箱,滴管,容量瓶,移液管1支,抽濾瓶,漏斗,溫度計(jì),電路,燒杯和濾紙若干。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1）鎘離子測(cè)定：將準(zhǔn)備好的溶液用原子吸收的方式,在波長(zhǎng)為220.0nm的狀態(tài)系測(cè)試其吸光度,并由相關(guān)曲線求出其濃度［2］。

2）活性炭吸附容量測(cè)定：取100mL鎘溶液和pH計(jì)到燒杯中,取一定量的活性炭,將溫度設(shè)置到吸附溫度后,抽濾,測(cè)定濾出液體的pH值和鎘離子濃度,并計(jì)算出活性炭吸附容量。

3）吸附速度測(cè)定：取一定量的活性炭,放置到鎘溶液中,測(cè)定鎘溶液中活性炭的濃度,采用時(shí)間對(duì)比的方式畫出吸附速度曲線。

1.3 活性炭吸附測(cè)定

1）表面酸度測(cè)量：取0.5g活性炭＋20mL NaOH放于燒瓶中,于80℃之下加熱6h,再與未用過的NaOH進(jìn)行對(duì)比。

2）再生測(cè)量：取0.2g活性炭,借助不同的再生劑對(duì)其進(jìn)行再生,待一定的時(shí)間后進(jìn)行洗滌烘干,再進(jìn)行第2次吸附。保證外部環(huán)境一定的情況下,觀察對(duì)比第1次、第2次的吸附效果,并以此計(jì)算吸附量和再生率。

2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理

2.1 吸附量計(jì)算［見公式（1）］

式中：Q0代表了溶液最大吸附量；Ce代表了活性炭處理后剩余的濃度；q代表了活性炭的吸附量；K代表常數(shù)。

2.2 吸附速度計(jì)算

吸附速度是溶質(zhì)擴(kuò)散到炭表面的速度,從而占領(lǐng)炭表面空隙的時(shí)間。在溶液的吸附速度計(jì)算中,通過對(duì)吸附濃度、時(shí)間等數(shù)據(jù)的掌握,可以計(jì)算出吸附速度,見公式（2）。

3 脫灰煤基活性炭吸附處理含鎘廢水

3.1 活性炭吸附效果

標(biāo)準(zhǔn)曲線圖如圖1所示。

圖1 標(biāo)準(zhǔn)曲線圖

3.2 各因素對(duì)吸附能力的影響

3.2.1 吸附時(shí)間對(duì)活性炭吸附能力的影響

活性炭在吸附鎘離子時(shí),常常會(huì)收到孔結(jié)構(gòu)、碳量等影響,從而影響吸附時(shí)間。根據(jù)相關(guān)調(diào)查,活性炭在吸附鎘離子時(shí),剛開始比較快,隨著時(shí)間的延長(zhǎng),吸附量變化不大,其吸附平均時(shí)間以3d最佳［3］,如表1所示。

表1 吸附量與時(shí)間關(guān)系①

3.2.2 活性炭用量對(duì)吸附能力的影響

相同的溶液,隨著活性炭的增加,其濃度降低,且鎘離子也減少。在活性炭吸附鎘離子中,可以通過適當(dāng)增加活性炭的用量,保證污水處理。在本次實(shí)驗(yàn)中,選取0.2g活性炭。結(jié)果見表2。

表2 活性炭用量對(duì)吸附的影響①

3.2.3 pH對(duì)吸附能力的影響

在活性炭的吸附中,其主要原理是物理吸附。但也有因?yàn)榛钚蕴勘砻嫜趸锏脑蚨x擇化學(xué)吸附的。吸附量與pH值關(guān)系見圖2。

據(jù)相關(guān)資料報(bào)道,活性炭在吸附鎘離子時(shí),其最合適的pH值為5。在本次實(shí)驗(yàn)中,當(dāng)pH＜3時(shí),其吸附量為1mg/g；當(dāng)pH值＝5時(shí),其吸附量減少。pH值增大,吸附的鎘離子減少。有圖2可知,當(dāng)pH 在5.5左右,其吸附能力最佳［4］。

圖2 吸附量與pH的關(guān)系

3.2.4 溶液質(zhì)量濃度對(duì)吸附能力的影響（見表3）

表3 溶液質(zhì)量濃度對(duì)活性炭的影響①

在靜態(tài)實(shí)驗(yàn)中,相同條件下,溶液濃度越高,吸附效果越好,去除率越低。因此,合理利用溶液濃度處理鎘廢水,有利于廢水處理,進(jìn)而優(yōu)化工廠的廢水處理技術(shù),促進(jìn)工廠廢水排放達(dá)標(biāo),保證人民的用水安全。

3.2.5 溫度對(duì)吸附能力的影響

本次實(shí)驗(yàn)選用15mg/L的溶液,將其放置到三角燒瓶中,再取用0.2g活性炭,對(duì)其進(jìn)行不同溫度的2H抽濾,測(cè)定溶液鎘離子的濃度。

從物理學(xué)的角度講,活性炭在吸附的過程中處于放熱狀態(tài),所以外界高溫不利于活性炭的吸附。但在本次實(shí)驗(yàn)中,隨著溫度的增高,活性炭的吸附能力增強(qiáng),見圖3。由此可以看出,活性炭對(duì)于鎘離子的吸附屬于化學(xué)吸附。在活性炭處于化學(xué)吸附的情況下,吸附能力會(huì)隨著溫度的升高而增強(qiáng)。溫度升高,活性炭?jī)?nèi)部的分子和離子處于活躍狀態(tài),從而導(dǎo)致其運(yùn)動(dòng)加大,吸附速度加快,吸附量增加。

圖3 溫度對(duì)吸附能力的影響

4 結(jié)束語(yǔ)

在實(shí)際處理廢水中,通過脫灰煤基活性炭吸附含鎘廢水可以有效地降低廢水中鎘離子,進(jìn)而促進(jìn)廢水處理后達(dá)標(biāo)。利用活性炭吸附技術(shù)處理廢水,不僅能夠提高我國(guó)水資源的利用率,而且能夠促進(jìn)我國(guó)廢水處理技術(shù)的完善,具有一定的實(shí)用性。

參考文獻(xiàn)：

［1］ 張福凱,徐龍君,張丁月.脫灰煤基活性炭吸附處理含鎘廢水［J］.環(huán)境工程學(xué)報(bào),2014,8（2）：559－562.

［2］ 吳永紅,張兵,沈國(guó)良,等.煙煤基活性炭的制備及脫除甲基橙性能［J］.化工進(jìn)展,2013,32（s1）：88－92.

［3］ 黃冬艷,李娟,江萍,等.污泥－煙煤基活性炭的制備及其對(duì)苯酚的吸附性能［J］.環(huán)境工程學(xué)報(bào),2016,10（10）：5931－5936.

［4］ 吳永紅,張兵,肖大君.寧夏無煙煤基活性炭的制備及吸附性能研究［J］.化工新型材料,2015,5（11）：105－107.