活性炭國家專精特新“小巨人”企業活性炭產學研合作

　　在多種有機化合物中，染料和顏料是環境的重要污染物。它們從各種行業(主要是染色，紡織，橡膠，造紙或化妝品行業)排放到污水中。污水中的染料，即使濃度很低，也會對水生食物鏈或水生生物產生嚴重的影響。通常，處理含染料廢水的方法分為四類：機械，化學，物理和上述方法的組合。由于染料不可生物降解，因此用于污水凈化的生物降解方法被證明是無效的。在化學，物理方法中可以有效去除染料的方法之一可以區分：化學和電化學氧化，膜工藝，絮凝凝結，離子交換以及廣泛使用的吸附。本次實驗是為了確定使用活性炭吸附法從水溶液中去除所選染料的效率。在實驗室規模上對溴甲酚綠染料進行了從水溶液中吸附的研究。

　　研究中使用的染料

　　從實驗室規模的水溶液中進行了兩種顏色的吸附實驗：溴甲酚綠(圖1)。染料以水溶液形式用作pH指示劑，溴甲酚綠主要用于有機分析。

　　圖1：溴甲酚綠。

　　溴甲酚綠是通過在酒精介質中溴化甲酚紫獲得的。溴甲酚綠是一種固體，顏色從白色到乳白色。

　　活性炭吸附測試

　　研究使用了溴甲酚綠水溶液。通過在100 cm3容量瓶中稀釋堿性染料溶液，制備了8種溴甲酚綠工作溶液，其濃度范圍為2.00×10-4至1.00×10-5mol·dm-3。將洗滌至惰性pH，粉碎并干燥的pH的制備的吸附劑分別置于100 cm3的錐形燒瓶中。隨后，將50 cm3最高濃度的染料溶液(基礎溶液)和從制備的8種工作溶液中選擇的5種溶液添加到燒瓶中。將所有容器以40 rpm的速度振搖30分鐘，然后在過濾器上分離兩相，即固體-廢吸附劑和液體-染料溶液。分別測量每種染料的吸附等溫線，并對每種染料進行兩次測量。

　　用分光光度法測定了8種工作稀釋溶液和吸附后的染料濃度。為此，使用UV/VIS分光光度計，確定透射率(T)和吸光度(A)。對于八個起始溶液，繪制了A(或T)對溶液濃度的依賴性(A或T=f(c))。使用A或T與濃度的相關性(標準曲線)來確定被測活性炭吸附后溶液中單個染料的濃度。將吸附前和吸附后的染料溶液的后續樣品從錐形瓶中移入塑料比色皿中，該比色皿放置在分光光度計讀取室中，在適當的波長下讀取相應染料的A和T值。使用用于制備測試染料的緩沖溶液(每100 cm3溶液10 cm3緩沖液pH=5.5)作為參考樣品。

　　在一開始，繪制了基于八種工作溶液的每種染料溶液的標準曲線，然后測量了吸附后的A或T各自的平衡濃度。然后以染料物質的摩爾數/克表示的比吸附率根據溶液C0中的已知染料濃度計算吸附劑mmol g-1的摩爾濃度，并從吸附Ci后的校準曲線染料濃度中讀取。椰殼活性炭上的溴甲酚溴化物吸附等溫線(圖2)顯示了BET I型等溫線的性質。

　　圖2：溴甲酚綠在活性炭上的吸附。

　　溴甲酚在褐煤質活性炭上的吸附等溫線(圖3)是Langmuir型的，可以直接通過Langmuir方程近似。

　　圖3：溴甲酚綠在煤質活性炭上的吸附。

　　對于所有吸附系統，吸附是將染料顆粒沉降到活性炭吸附劑表面上的機制。出乎意料的是，活性炭吸附劑對溴甲酚綠的吸附性能優越，因為它在所檢查的染料濃度范圍內具有較高的單層負載量，并具有較高的覆蓋度。這可能是由于使用分光光度計測量染料的平衡濃度存在問題。兩種吸附劑中溴甲酚綠的b值高可能表明該染料具有高吸附能。兩種染料對煤質活性炭的覆蓋率參數都非常大(接近100%)，這表明吸附劑表面已被充分利用。

　　染料的吸附能力取決于溶液中染料的濃度。對于吸附溴甲酚綠，兩種吸附劑的吸附值均相當，因此那種活性炭便宜用那種。Langmuir方程與測量數據的近似表明，相對于溴甲酚綠，煤質活性炭比較好用。同時，比椰殼活性炭的生產便宜得多。

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