改性活性炭的制备及其吸附苯酚性能的研究

摘要

酚类化合物属芳香族化合物，是废水中常见的一类高毒性和难于降解的有机物，如何经济而有效的治理含酚废水，一直是国内外研究的重点。
　　 为了提高活性炭对苯酚的吸附性能，本研究选取氨水、氢氧化钠及碳酸钠做为改性剂，运用正交试验的方法，对其进行优化改性。结果表明：在氨水浓度为10％，浸渍时间为2h，活化时间为2.5h，活化温度为500℃条件下制得的氨水-GAC吸附效果最佳，其苯酚吸附量为152.76mg/g，比未改性活性炭的吸附量提高了66％；在NaOH溶液浓度为0.1mol/1，浸渍时间为3h，活化时间为3h，活化温度为400℃条件下制得的NaOH-GAC吸附效果最佳，其苯酚吸附量为149.05mg/g，比未改性活性炭的吸附量提高了61.97％；在Na2CO3溶液浓度为1.5mol/1，浸渍时间为2h，活化时间为3h，活化温度为500℃条件下制得的Na2CO3-GAC吸附效果最佳，其苯酚吸附量为155.83mg/g，比未改性活性炭的吸附量提高了69.33％。
　　 分别采用比表面孔径分布测定仪、扫描电镜、傅立叶红外变换光谱等先进仪器及Boehm官能团滴定法，对改性前后活性炭的表面理化性质进行表征。结果表明：氨水-GAC的比表面积为983.25m2/g，NaOH-GAC的比表面积为1046.10m2/g，Na2CO3-GAC的比表面积为971.78m2/g，与未改性活性炭相比，比表面积分别增加了5.67％、12.42％和4.44％。改性后的活性炭，平均孔径有所减小，表面的酸性基团(羧基、内酯基、酚羟基)含量明显降低，氨水-GAC的酸性基团为0.294mmol/g，NaOH-GAC的酸性基团为0.483mmol/g，Na2CO3-GAC的酸性基团为0.246mmol/g，分别是未改性活性炭的0.42倍、0.69倍和0.35倍，改性后活性炭对苯酚的吸附容量大大增加。
　　 以苯酚废水为处理对象，考察了吸附时间、pH值、改性活性炭投加量、溶液的初始浓度等因素对苯酚去除效果的影响。结果表明：与未改性活性炭相比，改性活性炭对于苯酚的去除率有明显的提高；苯酚的去除率随反应时间及活性炭投加量的增加而增加，随苯酚初始浓度的增加而变小。
　　 根据改性活性炭吸附苯酚废水试验数据结合吸附原理进行数据分析，研究改性活性炭吸附苯酚的机理及动力学规律。分析结果表明：改性活性炭对苯酚的吸附都能较好的符合Freundlich等温吸附模型，氨水-GAC、NaOH-GAC、Na2CO3-GAC的Freundlich相关系数分别为0.999、0.981、0.971。吸附动力学分析则表明改性活性炭去除苯酚的过程均能较好的符合准二级动力学模型，氨水-GAC、NaOH-GAC、Na2CO3-GAC的准二级动力学相关系数分别为0.996、0.998、0.998。