活性炭处理环己酮废水研究

摘要：研究了活性炭对废水中环己酮的吸附规律,结果表明:在吸附温度为20℃时,动态吸附饱和时间为60min,对于环己酮浓度为2.0g/L的废水,活性炭最佳加入量为20g/L,吸附最佳pH值为5,活性炭对环己酮的吸附符合Langmuir等温模型。

关键词：活性炭;环己酮废水;吸附

收稿日期：2012-01-06

作者简介：王永义（1973―），男，河南商丘人,硕士,主要从事环境生态学方面的研究工作。

中图分类号：X703.1

文献标识码：A

文章编号：1674-9944(2012)02-0115-03

1 引言

环己酮是一种重要的溶剂和有机化工中间体,我国每年产生大量的环己酮废水。环己酮废水排入自然界会改变土壤性质,恶化水质,污染空气,引起生物群落结构变化,导致生态失衡;环已酮进入人体可导致中毒,且有一定的致癌作用。

目前,环己酮废水通常采用重油燃烧法与微生物降解法处理。重油燃烧法处理效率虽高,但费用高、空气污染严重,而微生物降解法处理效率偏低。因此,探索经济高效的环已酮废水处理方法具有十分重要的意义。

吸附法是一种操作简便、可实现废水有用成分回收利用、对高低浓度废水均适用的物理化学方法,已大量用于废水处理,是解决水资源供需矛盾和防止环境污染的重要途径。本文以模拟环己酮废水为对象,研究了活性炭对环己酮的吸附特性。

2 材料与方法

药品选用环己酮、三氯甲烷、氯苯、盐酸、氢氧化钠(均为分析纯)、活性炭(ZJ15型)。

废水中环已酮含量测定方法以气相色谱仪(GC900A型)测定环己酮的含量(内标物为氯苯)。

气相色谱仪工作条件为柱温:80℃;氢焰为120℃;汽化为160℃;H2流量为30mL/min;空气为300mL/min;氮氢流量比为1.45∶1;分析柱为内径φ0.25,OV-17毛细管柱。

校正系数的测定,配制4.0g/L的氯苯、环己酮的三氯甲烷溶液,每次取2.0μL溶液注入色谱仪。按公式f=(mi•As)/(ms•Ai)计算校正系数f。测定结果见表1。

f=1.248 2

据公式:

mi=f•ms•Ai/As。

式中mi为环己酮的含量,g;Ai为环己酮的峰面积,μv•s;ms为氯苯的含量,g;As为氯苯的峰面积,μv•s。计算出环己酮(mi)的含量。

3 分析与讨论

3.1 等温吸附曲线

配制0.5g/L、1.0g/L、1.5g/L、2.0g/L、2.5g/L、3.0g/L、3.5g/L、4.0g/L的模拟环己酮废水。取各种浓度的环己酮废水100mL置于8个锥形瓶中,分别加入1.0g活性炭。在20℃下吸附60min。测定处理后环己酮的浓度,计算活性炭对环己酮的吸附量。绘制等温吸附曲线。等温吸附曲线与Langmuir模型拟合,得出活性炭吸附量与浓度关系的方程。按照同样的方法做30℃时的等温吸附曲线。

由图1可知,20℃时活性炭对环已酮的吸附效果较好,单位质量活性炭吸附环己酮的量随着环己酮浓度的升高而升高。环己酮浓度在2.0g/L之前,上升趋势较快;浓度在2.0g/L之后,上升趋势减缓。说明随着浓度的增加,活性炭的吸附量越来越接近于饱和吸附量。对浓度为2.0g/L环己酮废水中环已酮的去除率达到85.2%。

图1 活性炭对环己酮的等温吸附曲线

对图1中的20℃和30℃的吸附等温线用Langmuir吸附等温式处理。得到20℃吸附等温方程式为y20=0.004 5x+0.002,相关系数R20=0.995 9;30℃的吸附等温方程式为y30=0.006x+0.002 2,相关系数R30=0.994 9。

由Langmuir方程:

Q/Qm=klC/(1+klC),得到:1/Q=1/(k1•Qm•C)+1/Qm。

式中Q为活性炭的吸附量mg(环已酮)/g(活性炭);k1为Langmuir平衡常数;Qm为饱和吸附量,mg(环已酮)/g(活性炭)。

由图2可以得出,直线斜率1/(k1•Qm)=0.004 5,截距1/Qm=0.002,求得Qm=500.0,k1=0.44。故20℃时浓度与吸附量的关系式为:Q20=222.22C/(1+0.44C)。

同理,30℃时浓度与吸附量的关系式为Q30=168.18C/(1+0.37C)。由Langmuir拟合后得出的等温吸附方程可得活性炭对环己酮的饱和吸附量为500.0mg/g,说明活性炭对环己酮的吸附非常容易进行。

3.2 活性炭加入量对吸附量的影响

取100mL 2.0g/L的环己酮溶液8份,置于锥形瓶中,分别加入0.25g、0.5g、1.0g、1.5g、2.0g、2.5g、3.0g、3.5g活性炭。在20℃下,振荡吸附60min,过滤各个水样,加入萃取剂后静置30min。测定处理后环己酮的含量并计算去除率。

由图3可知,活性炭加入量越多,其对废水中环己酮的处理效果越好。但随着活性炭加入量的增多,单位质量活性炭吸附环己酮的量减少,活性炭利用率降低。在100mL 2.0g/L的环己酮溶液中,加入2.0g活性炭时环已酮的去除率达到84.3%。在20℃,用活性炭处理环己酮2.0g/L的废水,振荡吸附1h,加入活性炭量以20g/L为宜。

3.3 吸附时间对吸附量的影响

取100mL 2.0g/L的环己酮溶液9份,置于锥形瓶中,每份加0.5g活性炭,分别在20℃下振荡吸附0min、15min、30min、45min、60min、75min、90min、105min、120min过滤水样,加入萃取剂,静置30min。测量处理后的环己酮浓度,计算去除率。

由图4可知,在振荡条件下,60min以前,活性炭对环己酮去除率随时间增加有明显增加;在60min以后,随时间增加,活性炭对废水中环己酮去除率无明显增加,故吸附饱和时间为60min。

3.4 吸附温度对吸附量的影响

取100mL 2.0g/L的环己酮溶液8份,置于锥形瓶中,每份加0.5g活性炭,温度分别调节为10℃、15℃、20℃、25℃、30℃、35℃、40℃,45℃。振荡吸附60min,过滤水样,加入萃取剂,静置30min,测量处理后环己酮的浓度,计算去除率。

由图5可知,温度对去除效果的影响非常明显。随温度的升高,活性炭对环己酮的处理率及吸附量均明显降低。在30℃之后,活性炭对环己酮的吸附下降趋势较快。这是因为吸附为放热反应,温度降低,反应容易向正向进行。在工业应用中,尽量将废水的温度降低或者保持常温以提高活性炭的利用率。

3.5 pH值对吸附量的影响

取100mL 2.0g/L环己酮溶液6份,置于锥形瓶中,采用盐酸溶液或氢氧化钠溶液调节水样的pH值分别为2,3,4,5,6,7,8和9,分别加入1g活性炭,在20℃时振荡吸附60min,然后将各个锥形瓶内的溶液进行过滤,加入萃取剂,静置30min,测量吸附后环己酮的含量,并计算去除率。

由图6可知,活性炭对废水中环己酮去除率在pH值为5时最大,为163.4mg/g。此时去除率最高,为81.7%。这是由于在弱酸性条件下,分子化程度高,而活性炭对非离解的分子状态比离解的分子状态吸附量大。2.0g/L的模拟环己酮废水的pH值为4.5,而含环己酮的工业废水pH值一般在4~7之间。故不需要加入酸碱调节剂,或加少量酸碱调节剂就能达到较高的去除率。

图6 pH值对去除率的影响

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Research on Absorption of Cyclohexanone Wastewater by Activated Carbon

Wang Yongyi1,Pan Zhongyao1,Peng Qingjing2

（1.Henan Zhumadian Agricultural School,Zhumadian 463000,China;2.College of Biology

and Environmental Sciences,Jishou University,Jishou 416000,China）

Abstract: In this paper,the absorption law of Cyclohexanone wastewater by activated carbon is studied.The result indicates that when the absorption temperature is 20℃ and pH value is 5,the best quantity of activated carbon into Cyclohexanone wastewater (its initial concentration is 2.0g/L) is 20g/L,the dynamic saturation absorption time are 60 minutes,and the absorption obeys Langmuir isothermal model.

Key words: activated carbon;cyclohexanone wastewater;absorption