活性炭國(guó)家專精特新“小巨人”企業(yè)活性炭產(chǎn)學(xué)研合作

　　活性炭從廢水中回收香草酸

　　香草酸是存在于幾種工業(yè)廢水中的有機(jī)污染物，也可以被分離成為高附加值產(chǎn)品。因此，從環(huán)境和經(jīng)濟(jì)角度來(lái)看，將其從廢水中去除以及回收和分離是符合經(jīng)濟(jì)利用的。目前有幾種回收香草酸的技術(shù)，例如蒸餾、萃取分離、結(jié)晶、電滲析和離子交換等。然而，這些技術(shù)中的大多數(shù)存在與二次污染物產(chǎn)生、高操作成本、極端操作條件和低回收率等不同缺點(diǎn)。在這種情況下，吸附似乎是這些工藝的有希望的替代方案，本次我們研究了兩種活性炭用于從水溶液中去除和回收香草酸。

　　香草酸吸附劑制作

　　批量實(shí)驗(yàn)中使用的原料是兩種果殼。這些天然果殼首先用蒸餾水清洗以去除雜質(zhì)。接下來(lái)，這些材料在110–120℃下干燥24小時(shí)，在700℃下燃燒2小時(shí)，再用用研磨機(jī)中粉碎，并過(guò)篩以獲得60–200目的粒度。粉末活性炭吸附劑儲(chǔ)存在密封容器中，直到使用。

　　熒光光譜法測(cè)定香草酸

　　在整個(gè)吸附實(shí)驗(yàn)中使用熒光光譜來(lái)監(jiān)測(cè)香草酸的濃度。從活性炭吸附劑與本體溶液接觸的容器中多次取出約3mL的等分試樣。將上清液直接轉(zhuǎn)移到3mL石英池中，在278nm的激發(fā)波長(zhǎng)下記錄300和400nm之間的發(fā)射光譜。使用360nm處的熒光強(qiáng)度作為分析信號(hào)來(lái)監(jiān)測(cè)香草酸水平。用熒光分光光度計(jì)進(jìn)行熒光測(cè)量。激發(fā)和發(fā)射單色儀的狹縫分別保持在10nm，并在20℃下記錄測(cè)量值。

　　接觸時(shí)間的影響

　　為了估計(jì)兩種活性炭吸附劑的香草酸平衡濃度，研究了接觸時(shí)間的影響。從這個(gè)意義上說(shuō)，圖1顯示了0-120分鐘范圍內(nèi)幾個(gè)接觸時(shí)間的香草酸水平的演變。可以觀察到，活性炭在120分鐘接觸時(shí)間后達(dá)到平衡。此外，還研究了不同初始濃度(10–1000mgL)下每種活性炭對(duì)香草醛酸的吸附。結(jié)果表明，隨著初始濃度的增加，達(dá)到平衡的時(shí)間縮短。考慮到這些經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，可以假設(shè)活性炭1的回收效率更高，因?yàn)榕c活性炭2相比，使用這種活性炭時(shí)，香蘭酸的平衡濃度更低。

　　圖1：接觸時(shí)間對(duì)香草酸平衡濃度的影響。

　　吸附等溫線研究

　　實(shí)驗(yàn)中有三種等溫線模型的擬合結(jié)果。在同一行中，圖2以圖形方式顯示了實(shí)驗(yàn)結(jié)果，以供進(jìn)一步比較和理解。這些圖中繪制的結(jié)果證明了三種等溫線模型的不同性能，用于表示兩種活性炭上香草酸的實(shí)驗(yàn)平衡數(shù)據(jù)。具體而言，估計(jì)的平衡吸附容量qe與Langmuir等溫線的實(shí)驗(yàn)值qe,exp高度相似，因?yàn)樗鼘?duì)兩種吸附材料的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了最準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)。然而，Temkin等溫線提供了與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)最差的擬合。

　　圖2：Langmuir、Freundlich和Temkin等溫線。

　　活性炭從廢水中回收香草酸，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，隨著接觸時(shí)間的增加，香草酸水平顯著降低。此外，達(dá)到平衡所需的時(shí)間隨著初始濃度的增加而增加。另一方面，等溫線研究表明，Langmuir等溫線對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的預(yù)測(cè)最準(zhǔn)確，而Temkin等溫線提供的數(shù)據(jù)擬合最差。此外，Langmuir等溫線模型的最大吸附容量都比較高，這意味著吸附過(guò)程變得有利。Freundlich等溫線的n系數(shù)也支持這一結(jié)論，這表明通過(guò)這些活性炭的吸附過(guò)程得到了增強(qiáng)。根據(jù)所取得的結(jié)果，發(fā)現(xiàn)這種由果殼制成的活性炭吸附劑具有去除水和廢水中香草酸的有效因素，使吸附過(guò)程更具吸引力。

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