活性炭纖維處理丙烯酸廢水的研究

1、第 35卷第 3期2006年 3月應(yīng) 用 化 工App lied Che m ical I ndustryVol . 35No . 3M ar . 2006收稿日期 :2005207226作者簡介 :鄭言波 (1975- , 男 , 湖北武漢人 , 華中科技大學(xué)在讀碩士研究生 , 師從陸曉華教授 , 從事水處理技術(shù)和環(huán)境監(jiān)測研究工作 。 電話 :(027 62513790, E 2mail:boerqin163. com 活性炭纖維處理丙烯酸廢水的研究鄭言波 , 楊 海 , 蘇明偉 , 袁松虎 , 王琳玲 , 陸曉華(華中科技大學(xué) 環(huán)境科學(xué)研究所 , 湖北 武漢 430074摘 要 :采用活性

2、炭纖維對丙烯酸模擬廢水進(jìn)行靜態(tài)和動態(tài)吸附研究 , 測定了吸附等溫線和動態(tài)穿透曲線 , 并且研 究了吸附平衡時間 、 溫度 、 pH 值對處理效果的影響 。 結(jié)果表明 , 溫度升高 , 吸附效率有所降低 ; 溶液 pH 在 34范 圍內(nèi)對吸附效率影響不大 ; 吸附時間存在最佳值 , 最佳吸附時間 6m in 。吸附飽和的活性炭纖維用 Na OH 溶液再 生 , 重復(fù)使用 3次 , 吸附效率無明顯變化 。 關(guān)鍵詞 :活性炭纖維 ; 丙烯酸廢水 ; 吸附 ; 再生中圖分類號 :X 703 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 :A 文章編號 :1671-3206(2006 03-0198-03Study on the tre

3、at ment of d ZHEN i 2w YUAN S ong 2hu, WAN G L in 2ling, LU X iao 2hua(Envir on I nstitute, Huazhong University of Science and Technol ogy, W uhan 430074, China Abstract:Activated carbon fiber (ACF was used t o treat crylic acid waste water . Ads or p ti on is other m and dyna m ic ads or p ti on cu

4、rve were deter m ined . I nfluencing fact ors, such as ads or p ti on ti m e, te mperature, pH value were studied . The results indicated that ads or p ti on efficiency decreased slightly with increase of the te mperature, pH value had scarcely effect on ads or p ti on efficiency bet w een 3and 4, t

5、he op ti m um ti m e was 6m in . Saturated ACF regenerated by s odiu m hydr oxide had hardly difference in ads or p ti on thr ough 3cy 2cles .Key words:activated carbon fibers; crylic acid waste water; ads or p ti on; regenerated 活性炭纖維 (ACF 亦稱纖維狀活性炭 , 是 20世 紀(jì) 70年代后期發(fā)展起來的一種新型高效活性吸附 材料和環(huán)保工程材料 , 特點(diǎn)是比表面

6、積大 、 微孔含量 豐富 、 孔徑分布窄 、 吸脫附速度快 、 再生能力強(qiáng) , 而且 導(dǎo)電 、 熱膨脹系數(shù)小 、 耐腐蝕 、 吸附性能和吸附動力 學(xué)行為比活性炭更優(yōu)異 , 并有氈 、 布 、 紙等多種加工 形態(tài) , 可適應(yīng)不同用途的需要 。隨著 ACF 的發(fā)展 , 近來有不少關(guān)于利用 ACF 處理對氟硝基苯廢水 1和含酚2, 3、 含鎘4廢水的研究報道 。但目前國內(nèi)外關(guān)于利用 ACF 處理丙烯酸廢水及丙烯酸的回收 還未見有報道 。丙烯酸是一種重要的化工原料 。 粗丙烯酸用于 生產(chǎn)應(yīng)用在顏料 、 造紙 、 紡織 、 粘合劑 、 專用涂料和油 墨等領(lǐng)域的丙烯酸酯及其它衍生物 ; 蒸餾丙烯酸主 要用

7、于生產(chǎn)超高吸水性聚合物 , 其最大用途是一次 性嬰兒尿布以及洗衣粉配方用洗滌劑聚合物 , 少量 用于生產(chǎn)增稠劑 、 分散劑和流變學(xué)控制劑用聚丙烯 酸酯 。 丙烯酸廢水中含有較高濃度的可回收利用的丙烯酸 。 對丙烯酸廢水的處理 , 不但治理了廢水 , 而 且實(shí)現(xiàn)資源回收及再利用 , 符合循環(huán)經(jīng)濟(jì)的原則 。本文研究活性炭纖維處理低濃度丙烯酸廢水及 回收廢水中丙烯酸的技術(shù) 。研究發(fā)現(xiàn) , 利用活性炭 纖維能夠有效的吸附廢水中的丙烯酸 , 經(jīng) Na OH 再 生后 , ACF 可以重復(fù)使用 , 廢水中的丙烯酸可以回 收利用 , 具有較好的經(jīng)濟(jì)價值 。1 實(shí)驗部分1. 1 試劑與儀器 毛氈狀活性炭纖維

8、, 工業(yè)品 ; 丙烯酸 、 氫氧化鈉 、 鹽酸均為分析純 。CARY 50Pr obe UV 2visible Spectr opHot ometer,美國 Varian 公司 ; CS501型超級恒溫器 ; 電子天平(0. 1mg ; PHS 225型 pH 計 ; 恒溫振蕩器 。 1. 2 實(shí)驗方法以丙烯酸水溶液為模擬廢水 , 分別進(jìn)行靜態(tài)吸 附和動態(tài)吸附研究和吸附劑的再生研究 。 1. 2. 1 吸附等溫線 稱量質(zhì)量不同的活性炭纖維 ,第 3期 鄭言波等 :活性炭纖維處理丙烯酸廢水的研究分別置于 250mL 的碘量瓶中 , 加入濃度為 0. 42g/L的丙烯酸溶液 , 上面用聚乙烯封口

9、, 放到恒溫振蕩器中 , 溫度為 25 , 振蕩 24h 后靜置片刻 , 取其上清液 , 測定其中丙烯酸的平衡濃度 。1. 2. 2 靜態(tài)吸附條件試驗 稱量 0. 5001g 的活性炭纖維 , 分別置于 250mL 的碘量瓶中 , 改變吸附時間 ; 把碘量瓶分別放到 15、 20、 25、 35、 40 的恒溫水浴中 , 振蕩 10m in; 改變 pH 值等實(shí)驗條件 , 進(jìn)行靜態(tài)吸附試驗 , 分別測定其中丙烯酸的平衡濃度 。1. 2. 3 動態(tài)吸附和脫附試驗 濃度為 0. 42g/L的丙烯酸溶液 , 以一定流速由吸附柱頂端進(jìn)入活性炭纖維吸附柱 (吸附柱內(nèi)徑為 2. 5c m , 高度 9.

10、0c m ,活性炭纖維的填充量 5. 7121g ,Na OH 再生 ,1. 3 分析方法采用紫外分光光度法 。2 結(jié)果與討論2. 1 靜態(tài)吸附 吸附過程是非均相過程 , 一般經(jīng)歷三個階段 ,即 :膜擴(kuò)散階段 、 孔擴(kuò)散階段及吸附反應(yīng)階段 。 吸附速率主要受膜 、 孔擴(kuò)散速率控制 。影響吸附的主要因素有吸附劑的特性 、 吸附質(zhì)的特性和操作條件 , 其中吸附劑的特性可從吸附等溫線得到評價 , 并根據(jù)吸附容量 , 確定吸附劑用量 , 操作條件主要為廢水的pH 值和停留時間 。2. 1. 1吸 附 等 溫 線 丙 烯 酸 的 初 始 濃 度 為0. 38g/L,體積 110mL, 25 下恒溫振蕩吸

11、附 24h,結(jié)果見表 1。表 1 吸附等溫線Table 1 Adsorpti on isother mACF 質(zhì)量 /g平衡質(zhì)量濃度 C e /(g L -1 平衡吸附量 q e /(mg g -10. 35130. 2928. 180. 23860. 3229. 510. 13840. 3430. 200. 47390. 2726. 93 由表 1可知 , 活性炭纖維對丙烯酸吸附效果顯著 , 吸附后丙烯酸的平衡濃度在 0. 270. 34g/L,吸附容量在 2730mg/g,1/n =0. 425, 說明活性炭纖維對低濃度丙烯酸的吸附極易進(jìn)行 。 以 l og q e 為縱坐標(biāo) , l og

12、 Ce為橫坐標(biāo) , 通過最小二乘法回歸 , 發(fā)現(xiàn) l og q e 與 l og Ce呈直線關(guān)系 (見圖1 。 圖中 ACF 吸附丙烯酸符合弗雷德雷希吸附等溫式 q e =2. 53C e 0. 425 。圖 1 吸附等溫線Fig . 1 Ads or p ti on is other m2. 1. 2 100mL 濃度為 0. g/Lg ACF, 在 25 , m in, , 結(jié)果見圖 2 圖 2 吸附平衡曲線Fig . 2 Ads or p ti on equilibriu m由于 ACF 對丙烯酸的吸附是一個物理吸附過 程 , 吸附的效果主要受 ACF 的影響 , 而 ACF 表面有 豐

13、富的微孔 , 因而 ACF 對丙烯酸的吸附很快就達(dá)到 平衡 。 由圖 2可知 , ACF 對丙烯酸的吸附在 6m in 時已經(jīng)達(dá)到平衡 , 吸附率為 38%, 再增加吸附時間 , 丙烯酸的濃度基本沒有變化 。2. 1. 3 溫度對吸附的影響 在盛有 100mL 濃度為 0. 42g/L丙烯酸的碘量瓶中加入 0. 5001g ACF, 分 別放到 15、 20、 25、 35、 40 的水浴中 , 振蕩 10m in 。 靜置片刻后 , 測定丙烯酸的平衡濃度 , 結(jié)果見表 2。 表 2 溫度對吸附率的影響Table 2 I nfluence of te m pera ture on adsorp

14、ti on eff i c i ency 溫度 / 丙烯酸平衡濃度 /(g L -1 吸附率 /% 150. 2248200. 2443250. 2540350. 2833400. 3029 由表 2可知 , 溫度升高時 ACF 對丙烯酸的吸附 率有所下降 , 主要是由于 ACF 對丙烯酸的吸附是一 個放熱反應(yīng) , 因而當(dāng)溫度升高時不利于吸附反應(yīng)的 進(jìn)行 。991應(yīng)用化工 第 35卷2. 1. 4 pH 值對吸附的影響 在 100mL 濃度為 0. 42g/L的丙烯酸中 , 加入適量的 Na OH 溶液和鹽 酸 , 控制丙烯酸中的 pH, 達(dá)到一定值后加入 0. 4878 g ACF, 在 2

15、5 下振蕩 10m in, 靜置片刻后測定其中 丙烯酸的濃度 , 結(jié)果見表 3。表 3 pH 值對吸附率的影響Table 3 I nfluence of pH va lue on adsorpti on eff i c i ency pH 值 丙烯酸平衡濃度 /(g L -1 吸附率 /% 3. 190. 26383. 820. 2833 4. 560. 36155. 800. 4207. 010. 4208. 210. 420 由表 3pH 5. 80時 , ACF 對 丙烯酸幾乎沒有吸附 。 主要是丙烯酸本身是一種弱 酸 , 當(dāng)溶液中的 pH 值在中性和堿性條件下時 , 丙烯 酸主要以丙烯

16、酸根離子的形式存在 , 不被 ACF 吸 附 ; 因而利用 ACF 吸附丙烯酸 , 必須要在強(qiáng)酸性條 件下吸附 , 而解析 ACF 時 , 在堿性條件下進(jìn)行 。 2. 2 動態(tài)吸附和脫附試驗2. 2. 1 動態(tài)吸附試驗 濃度為 0. 42g/L的丙烯 酸 , 以一定的流速通過吸附柱 , 每隔 50mL 測定出水 中丙烯酸的濃度 , 結(jié)果見圖 3。圖 3 丙烯酸動態(tài)吸附穿透曲線Fig . 3 Dyna m ic ads or p ti on curve of crylic acid由圖 3可知 : ACF 對丙烯酸的吸附存在突躍 階段 , 在 300mL 之前幾乎沒有漏吸 , 當(dāng)穿透后 , 到

17、500mL 時 , ACF 迅速達(dá)到飽和 ; 由于丙烯酸在流 動過程中能夠更充分的接觸 ACF 中的微孔 , 因而動 態(tài)吸附速度要高于靜態(tài)吸附速度 , 而且動態(tài)吸附容 量 (32. 36mg/g 也要高于靜態(tài)吸附容量 。2. 2. 2 脫附再生試驗 用濃度為 5%的 Na OH 溶 液再生吸附飽和的 ACF, 結(jié)果見圖 4。 由圖 4可知 , 利用 5%NaOH 溶液淋洗填充柱 4次后 , 丙烯酸的回收率達(dá)到 75%, 再進(jìn)行淋洗丙烯圖 4 回收率與淋洗次數(shù)曲線Fig . 4 Curves of recovery and leachates ti m es 酸的回收率沒有改變 。說明利用 Na

18、 OH 溶液再生 ACF 時 , 4次即可以使 。將再生后的4I of regenera ti on ti m es onadsorpti on capac ity and recovery再生次數(shù) /次 吸附容量 /(mg g -1 回收率 /% 032. 3681130. 1578228. 9670331. 2275 由表 4可知 , 利用濃度為 5%的 Na OH 溶液再 生吸附飽和丙烯酸的 ACF 效果很好 , 再生 3次 ACF 的吸附容量基本沒有變化 , 回收率也比較穩(wěn)定 。 3 結(jié)論 (1 利用 ACF 吸附低濃度的丙烯酸可行性好 , 吸附速度快 , 靜態(tài)吸附容量為 28. 71mg/g, 動態(tài)吸 附容量為 32. 36mg/g。(2 ACF 對丙烯酸的吸附速度快 , 6m in 達(dá)到吸 附平衡 。(3 溫度 、 pH 值對活性炭纖維的吸附影響比較 大 , 吸附要在酸性 、 低溫的條件下進(jìn)行 。(4 利用 Na OH 再生吸附飽和的活性炭纖維效 果好 , 再生 3次后 , 活性炭纖維的吸附容量基本上無 變化 。參考文獻(xiàn) :1 趙