活性炭與沸石的制備及其對亞甲基藍(lán)的吸附

張蓉，王鳳瓊，李嘉穎，王欣睿，張渝，王亭玉，王應(yīng)紅

（樂山師范學(xué)院，四川 樂山614000）

染料普遍應(yīng)用于紡織、印染、皮革等行業(yè)?，F(xiàn)階段常用的染料為含芳香環(huán)的有機(jī)鹽結(jié)構(gòu)，具有色度高、可生化性差、致毒等特點(diǎn)，一旦進(jìn)入水體生態(tài)、會危害生物健康[1]。近年來，具有COD高及色度高的制革廢水的年產(chǎn)量高達(dá)8000 萬噸左右，已成為環(huán)境的主要污染源之一[2-3]。而亞甲基藍(lán)作為一種廣泛應(yīng)用的陽離子大分子染料，是染料廢水中常見的污染物之一，通過對亞甲基藍(lán)的吸附研究可作為判定吸附劑吸附性能的重要指標(biāo)[2]。活性炭不僅孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)達(dá)，比表面積大，可再生和重復(fù)利用[4]。桉樹產(chǎn)業(yè)是樂山重要產(chǎn)業(yè)之一，桉樹木材在加工過程中會產(chǎn)生大量的木屑、樹皮等，它們的傳統(tǒng)處理方法多以就地拋棄、焚燒等簡單方式為主，而桉木屑作為重要生物質(zhì)材料可制得活性炭。粉煤灰主要是炭等燃燒物燃燒后的煙氣凝固后而遺留下的細(xì)小的灰，是燃料電廠排出的主要固體廢料[5-6]，因其獲得成本低，也常被作為吸附劑的選擇。對粉煤灰進(jìn)行改性可以有效的提高其比表面積、吸附容量、陽離子交換能力等，實(shí)驗(yàn)采堿性改性方法探究使用NaOH對粉煤灰的改性制得NaP1 型沸石。初步探究將桉木屑磷酸活化法制得活性炭，分別探究制得的活性炭、NaP1 型沸石、及它們不同比例復(fù)配對亞甲基藍(lán)的吸附，為資源綜合利用及制革等廢水處理提供一定參考。

2 實(shí)驗(yàn)部分

2.1 儀器與試劑材料

2.1.1 主要儀器

主要儀器：101 型電熱鼓風(fēng)干燥箱；SHZ-D (Ⅲ) 循環(huán)水真空泵；AL104 分析天平；THZ-82 恒溫振蕩器；7200 型可見光分光光度計；ATY124 電子天平；SX2-2.5-10A 智能馬弗爐；SN-LSC-40S 大容量低速離心機(jī)。

2.1.2 試劑與材料

磷酸；氫氧化鈉；亞甲基藍(lán)；鹽酸；粉煤灰；桉木屑。

2.2 實(shí)驗(yàn)

2.2.1 按木活性炭制備

配制14.2%的磷酸潤濕的桉木屑，放置24h，設(shè)置馬弗爐溫度分別為500、600、700℃的高溫條件，燒制4h。冷卻后將燒制好的桉木活性炭用蒸餾水反復(fù)洗滌至pH 為中性，干燥得產(chǎn)品。

2.2.2 粉煤灰制備P1 型沸石

用堿熔融-水熱合成法[5]:將粉煤灰置于105 ℃烘箱中6 h,冷卻至室溫,過100 目篩，置于干燥器內(nèi)備用。取質(zhì)量比為1︰1.2 的粉煤灰和3 mol/L 氫氧化鈉,充分混合，600℃馬弗爐中煅燒1.5 h,冷卻至室溫。將熔融物與蒸餾水按固液質(zhì)量體積比17.25%g/mL 混合,攪拌均勻。在80 ℃水浴鍋中用磁力攪拌器以200 r/min 攪拌2 h。取出后放入反應(yīng)釜中，置于105 ℃烘箱中6 h。將反應(yīng)釜取出,待冷卻后將結(jié)晶產(chǎn)物離心，水洗至上層清液pH 值達(dá)7～9,取所得固體在105 ℃烘箱中干燥24 h,最后研磨過100 目篩置于干燥器內(nèi)備用。

2.2.3 吸附實(shí)驗(yàn)

配制25 mg/L 亞甲基藍(lán)溶液，加入30 mL 亞甲基藍(lán)溶液在30 ℃恒溫振蕩吸附。轉(zhuǎn)速為100 r/min，測定吸光率。

A0亞甲基藍(lán)溶液原始吸光度；A亞甲基藍(lán)溶液吸附后吸光度。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

3.1 桉木活性炭的吸附實(shí)驗(yàn)

從表1 可看出，溫度在500～600 ℃的吸附率都較好，變化不大。700 ℃，吸附有一定程度降低，可能溫度較高，出現(xiàn)燒結(jié)現(xiàn)象，影響活性炭孔隙多少，但從能源綜合考慮，燒制溫度為500 ℃已基本完成炭化與活化過程，已可達(dá)較好吸附效果。

表1 不同溫度制得按木屑活性炭吸附效果

3.2 NaP1 型沸石的吸附

配制亞甲基藍(lán)初始濃度為1 mg/L，分別加入NaP1 型沸石,使亞甲基藍(lán)溶液含有1、5、8、10、12、15 g/L 的NaP1 型沸石，搖勻，恒溫振蕩吸附，取上層清液，測定溶液吸附后的吸光度，計算對廢水的吸附,如圖1。

從圖1 可看出，NaP1 型沸石有較好吸附效果，投加量的增加，吸附效果增加明顯，1 g/L 吸附率也超過80%。這是因?yàn)槲絼┯昧康脑黾犹峁┝烁嗟幕钚晕近c(diǎn)位，可以吸附去除更多的染料分子。

3.3 NaP1 型沸石與桉木屑活性炭聯(lián)用對亞甲基藍(lán)的吸附

取3 個50 mL 錐形瓶，分別加入不同量桉木活性炭及一定量沸石，按表2 中配比進(jìn)行吸附實(shí)驗(yàn)，恒溫振蕩，溫度30 ℃，旋轉(zhuǎn)速度為100 r/min；

表2 NaP1 沸石與桉木活性炭在不同配比下的吸附性

從表2 可看出，NaP1 沸石與桉木活性炭的在相同振蕩時間、轉(zhuǎn)速和震蕩溫度下，不同配比的情況下吸附效果不同，隨按木活性炭量增加，吸附效果更好，當(dāng)配比為1︰1 時吸附效果可達(dá)96.46%。實(shí)際應(yīng)用中可結(jié)合成本綜合考慮。

4 結(jié)論

（1）利用NaOH 制得的改性粉煤灰，即NaP1 型沸石，對亞甲基藍(lán)有較好的吸附效果，1 g/L 吸附率超過80%。投加量的增加，吸附效果增加明顯。

（2）在實(shí)驗(yàn)條件下，燒制溫度為500 ℃已基本完成炭化與活化過程。利用按木制得的活性炭吸附效果較好，對亞甲基藍(lán)的吸附率可達(dá)99.24%。

（3）活性炭較沸石吸附效果更好，當(dāng)復(fù)配比為1︰1 時吸附效果可達(dá)96.46%。因皮革廢水染料成份復(fù)雜，實(shí)際處理皮革廢水染料中可結(jié)合成本等綜合考慮。

（4）利用桉木屑廢棄物制備生物質(zhì)活性炭及利用燃煤廢棄物粉煤灰制備沸石，有效環(huán)保，成本低，可充分利用當(dāng)?shù)刭Y源，所制備的產(chǎn)物可為地方制革廢水處理提供參考。