本文從活性炭的制備和改性出發(fā),歸納整理活性炭吸附酚類的特性和機(jī)理,分析吸附過程的主要影響因素,并對(duì)研究發(fā)展方向進(jìn)行推論和展望。分析表明含碳量高的原材料適合制備活性炭,尤其是含碳廢棄物。活性炭的苯酚吸附性能受比表面積和表面官能團(tuán)的共同影響,這對(duì)于活性炭的制備和改性有指導(dǎo)意義?;钚蕴课奖椒拥木唧w應(yīng)用中,需要控制粒度、pH、溫度、吸附時(shí)間和競(jìng)爭(zhēng)吸附等影響因素。
煤化工、石油化工、制藥、印染等工業(yè)廢水均含酚類化合物。酚類化合物作為一種原型質(zhì)毒物,會(huì)通過廢水的排放污染地表水和地下水,對(duì)環(huán)境和生態(tài)產(chǎn)生諸多不利影響,如造成水生生物大量死亡、抑制微生物群落、導(dǎo)致動(dòng)物致癌等。目前對(duì)含酚廢水的處理方式有萃取法、化學(xué)氧化法、化學(xué)沉淀法、物理吸附法、電解法、生化法等。其中物理吸附法研究和應(yīng)用較多,常用的吸附劑有活性炭、高分子材料(樹脂)、硅質(zhì)材料(黏土、沸石)、礦化垃圾、生物材料(農(nóng)業(yè)固廢)等?;钚蕴烤哂休^強(qiáng)的吸附能力、穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì)和良好的力學(xué)強(qiáng)度,適用于含酚廢水的處理工藝。本文綜述近年來(lái)活性炭吸附處理含酚廢水的研究,特別是活性炭制備改性對(duì)酚類吸附性能的影響以及活性炭吸附處理含酚廢水的影響因素。
活性炭吸附苯酚的機(jī)理主要有:π-π色散力相互作用、供體-受體模型、靜電相互作用、溶劑效應(yīng)等,但這些機(jī)理尚有爭(zhēng)論,仍有待深入研究。
等溫吸附模型可用于擬合吸附量隨濃度的變化,液相吸附通常引用氣相吸附的公式,部分出于經(jīng)驗(yàn)性推廣,其機(jī)理仍有待研究。活性炭吸附液相中酚類物質(zhì)常用的有Langmuir、Freundlich 和 Redlich-Peterson 模型,此外還有Toth、Dubinin-Radushkevich、Temkin 等許多模型。吸附動(dòng)力學(xué)研究吸附劑吸附速率的快慢,可探究活性炭吸附酚類物質(zhì)的過程。活性炭吸附酚類物質(zhì)通常符合假二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型和Weber-Morris 動(dòng)力學(xué)模型(粒子內(nèi)部擴(kuò)散模型)?;钚蕴课奖椒拥倪^程大多為自發(fā)、放熱的過程(△G<0,H<0),由其數(shù)值可區(qū)分物理吸附和化學(xué)吸附。也有部分活性炭吸附酚類出現(xiàn)吸熱的現(xiàn)象。
2 活性炭制備
活性炭制備是對(duì)原材料進(jìn)行碳化和活化的過程,原材料和活化方法對(duì)其吸附性能影響較大,此外原材料預(yù)處理、成型等過程有一定影響。
2.1 原材料
活性炭的原材料選擇非常廣泛,木材秸稈、果殼、煤炭、廢舊塑料、造紙廢料、城市垃圾等均可作為活性炭的原材料,新的研究以生物質(zhì)和廢棄物為主。商用活性炭常有木質(zhì)活性炭、煤基活性炭、果殼活性炭、活性炭復(fù)合材料等。
活性炭的苯酚吸附量 Qm(mg/g)見式(1)。
Qm=[(C0-Ct)×V]/m(1)
式中,C0和Ct分別為初始和吸附平衡時(shí)溶液中的苯酚濃度,mg/L;V為溶液體積,L;m為活性炭劑量,g。表2中活性炭的苯酚吸附量是通過Langmuir等一些等溫線模型擬合計(jì)算的飽和吸附量,但苯酚初始濃度、活性炭投入量、溫度等均會(huì)影響該數(shù)值,實(shí)驗(yàn)條件的差異導(dǎo)致其可對(duì)比性減弱,故推薦用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 7702.8-2008規(guī)定的測(cè)量方法。
原材料種類和活化方法基本決定了活性炭的比表面積和對(duì)苯酚的吸附性能。表2中不同原材料用相同活化方法活化后性能差異很大,一般原材料應(yīng)選擇含碳元素較高的材料,通常為含碳量越高越好,盡量減少灰分和其他雜質(zhì),木屑、秸稈、高分子材料等含碳量較高的原材料制備的活性炭苯酚吸附量明顯優(yōu)于污泥等原材料。MA等研究表明常見的商用活性炭對(duì)苯酚吸附性能,竹質(zhì)活性炭>椰殼基活性炭>煤基活性炭。
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