超聲輔助活性炭對(duì)染料廢水處理實(shí)驗(yàn)范文

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摘要：活性炭被廣泛應(yīng)用在廢水處理研究中，具有效率高，效果好等特點(diǎn)，利用超聲輔助活性炭處理亞甲基藍(lán)模擬染料廢水，研究活性炭投加量、超聲時(shí)間、超聲溫度、超聲功率、模擬染料廢水濃度等因素對(duì)模擬染料廢水去除效果的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)亞甲基藍(lán)廢水濃度為3mg•L-1，活性炭投加量為0.8g•L-1，超聲溫度為80℃，超聲時(shí)間為60min，超聲功率為400W時(shí)，染料廢水的去除效果最好，去除率為96.36%。

關(guān)鍵詞：超聲波；活性炭；亞甲基藍(lán)

近年來，我國(guó)社會(huì)發(fā)展、經(jīng)濟(jì)技術(shù)不斷提高，人們對(duì)染料的需求也越來越大。在染料生產(chǎn)過程中，污染物的排放量也持續(xù)增加，對(duì)水體環(huán)境、人類健康、空氣等造成了很大的危害[1]。染料種類不斷增加，使人們的生產(chǎn)生活極大豐富，生活質(zhì)量極大提高，但與此同時(shí)染料廢水的數(shù)量不斷增加，這些廢水排放到環(huán)境水體中，導(dǎo)致對(duì)自然水體的污染[2]。目前，對(duì)于染料污水的污染處理方法主要有吸附法、混凝法、電化學(xué)法、生物氧化法、氧化法（化學(xué)氧化，微博協(xié)同法，光催化法）等[3]。活性炭本身是一種應(yīng)用廣泛的吸附劑，在工業(yè)廢廢料處理行業(yè)有廣泛應(yīng)用，目前，活性炭主要是利用煤、石油焦、木屑及果殼等原料制備。而利用超聲波輔助活性炭處理染料廢水中的各種有機(jī)污染物，是一項(xiàng)新型水處理技術(shù)[4]。

1實(shí)驗(yàn)部分

1.1儀器及試劑

KQ-500VDE型雙頻數(shù)控超聲波清洗器（昆山市超聲儀器有限公司）；V5000型可見分光光度計(jì)（上海元析儀器有限公司）；EXS380型玻璃儀器氣流干燥器（鄭州長(zhǎng)城科工貿(mào)有限公司）；SHZ-D(Ⅲ)型循環(huán)水式真空泵（鞏義市予華儀器有限公司）；PHS-3C型數(shù)顯pH計(jì)（上海儀電科學(xué)儀器股份有限公司）；JA2003型電子天平（北京賽多麗斯儀器有限公司）；TDL-4A型臺(tái)式低速大容量離心機(jī)（常州中捷實(shí)驗(yàn)儀器制造有限公司）；DHG-101型電熱恒溫轉(zhuǎn)風(fēng)干燥器（上海一恒科學(xué)儀器有限公司）。活性炭為實(shí)驗(yàn)室（自制）；鹽酸（HCl）（哈爾濱市新達(dá)化工廠），亞甲基藍(lán)（天津市天新精細(xì)化工開發(fā)中心），為分析純。

1.2實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1模擬染料廢水配制（1）用萬分之一天平稱取亞甲基藍(lán)4mg。（2）將染料放入50mL燒杯中，倒入20mL蒸餾水，用玻璃棒攪拌至染料全部溶解在蒸餾水中。（3）將燒杯中的溶液倒在1L的容量瓶中，再用蒸餾水沖洗小燒杯，將蒸餾水倒入大容量瓶中，再將染料定容到1L，此時(shí)亞甲基藍(lán)濃度為4mg•L-1。（4）用可見光分光光度計(jì)測(cè)得亞甲基藍(lán)吸光度為0.825。

1.2.3超聲輔助活性炭處理亞甲基藍(lán)染料廢水實(shí)驗(yàn)方法染料色度去除率的計(jì)算方法：色度去除率=（AO-A）÷AO×100%式中AO：原水吸光度；A：處理后水的吸光度。（1）活性炭投加量單因素實(shí)驗(yàn)方法用天平稱取質(zhì)量分別為0.005、0.010、0.015、0.020、0.025、0.030、0.035g的活性炭。將40mL亞甲基藍(lán)移入100mL錐形瓶中，此時(shí)活性炭投加量的濃度為0.125、0.250、0.375、0.500、0.625、0.750、0.875g•L-1，實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，將處理后的染料廢水置于臺(tái)式低速大容量離心機(jī)（離心速度為5000r•min-1）中離心15min，取上清液置于波長(zhǎng)為665nm下測(cè)定吸光度，利用公式計(jì)算出去除率。（2）超聲時(shí)間單因素實(shí)驗(yàn)方法設(shè)置超聲時(shí)間為5、10、15、20、40、60、80min。將40mL亞甲基藍(lán)移入100mL錐形瓶中，不調(diào)節(jié)溶液pH值，將其放入雙頻數(shù)控超聲波清洗器內(nèi)，調(diào)整各使用條件，按下開關(guān)的同時(shí)在錐形瓶中快速加入一定質(zhì)量的活性炭，實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，將處理后的染料廢水置于臺(tái)式低速大容量離心機(jī)（離心速度為5000r•min-1）中離心15min，取上清液分別置于波長(zhǎng)為665nm下測(cè)定吸光度，利用公式計(jì)算出去除率。（3）超聲溫度單因素實(shí)驗(yàn)方法設(shè)置超聲溫度為20、40、60、80、100℃。將40mL亞甲基藍(lán)移入100mL錐形瓶中，不調(diào)節(jié)溶液pH值，將其放入雙頻數(shù)控超聲波清洗器內(nèi)，調(diào)整使用條件，按下開關(guān)的同時(shí)在錐形瓶中快速加入一定質(zhì)量的活性炭，實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，將處理后的染料廢水置于臺(tái)式低速大容量離心機(jī)（離心速度為5000r•min-1）中離心15min，取上清液置于波長(zhǎng)為665nm下測(cè)定吸光度，利用公式計(jì)算出去除率。（4）超聲功率單因素實(shí)驗(yàn)設(shè)置超聲功率為100、200、300、400、500W。將40mL亞甲基藍(lán)移入100mL錐形瓶中，不調(diào)節(jié)溶液pH值，將其放入雙頻數(shù)控超聲波清洗器內(nèi)，調(diào)整各使用條件，按下開關(guān)的同時(shí)在錐形瓶中快速加入一定質(zhì)量的活性炭，實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，將處理后的染料廢水置于臺(tái)式低速大容量離心機(jī)（離心速度為5000r•min-1）中離心15min，取上清液分別置于波長(zhǎng)為665nm下測(cè)定吸光度，利用公式計(jì)算出去除率。（5）染料廢水濃度單因素實(shí)驗(yàn)設(shè)置亞甲基藍(lán)廢水濃度為1、2、3、4、5mg•L-1。將40mL亞甲基藍(lán)移入100mL錐形瓶中，不調(diào)節(jié)溶液pH值，將其放入雙頻數(shù)控超聲波清洗器內(nèi)，調(diào)整各使用條件，按下開關(guān)的同時(shí)分別在錐形瓶中快速加入一定質(zhì)量的活性炭，實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，將處理后的染料廢水置于臺(tái)式低速大容量離心機(jī)（離心速度為5000r•min-1）中離心15min，取上清液置于波長(zhǎng)為665nm下測(cè)定吸光度，利用公式計(jì)算出去除率。

2結(jié)果與討論

在該實(shí)驗(yàn)部分，利用超聲輔助活性炭的方法，研究不同處理工藝條件對(duì)亞甲基藍(lán)染料廢水色度去除效果的影響。

2.1活性炭投加量對(duì)亞甲基藍(lán)染料廢水去除效果的影響

設(shè)置實(shí)驗(yàn)條件為：超聲時(shí)間：20min；超聲溫度：20℃；超聲功率：200W。研究不同的活性炭投加量對(duì)亞甲基藍(lán)色度去除效果的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖1。由圖1可以看出，隨著活性炭投加量的增加，亞甲基藍(lán)廢水色度去除率呈現(xiàn)出逐漸增大然后逐漸穩(wěn)定的趨勢(shì)。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果看，當(dāng)活性炭投加量在0.8g•L-1時(shí)，去除率達(dá)到96.36%，之后隨著活性炭的用量增加，去除效果未有明顯提高。這或許是因?yàn)殡S著活性炭投加量的增加，亞甲基藍(lán)色度去除逐漸達(dá)到飽和，所以當(dāng)活性炭投加量再增加時(shí)，亞甲基藍(lán)色度去除率未提高[5]。

2.2超聲時(shí)間對(duì)亞甲基藍(lán)染料廢水去除效果的影響

設(shè)置實(shí)驗(yàn)條件為：活性炭投加量：0.8g•L-1；超聲功率：200W；超聲溫度：20℃。研究不同的超聲時(shí)間對(duì)亞甲基藍(lán)色度去除效果的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖2。由圖2可以看出，隨著超聲時(shí)間的增加，亞甲基藍(lán)廢水色度去除率呈現(xiàn)出逐漸增大然后逐漸穩(wěn)定的趨勢(shì)。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果看，當(dāng)超聲時(shí)間在60min時(shí)，去除率達(dá)到94.55%，之后隨著超聲時(shí)間增加，去除效果未有明顯提高。這是由于超聲時(shí)間越長(zhǎng)，越多的大分子被裂解成小分子，當(dāng)超聲到一定時(shí)間時(shí)，溶液中可裂解的大分子均已被打碎，繼續(xù)增加超聲時(shí)間也不會(huì)強(qiáng)化吸附，脫色率基本保持不變。

2.3超聲溫度對(duì)亞甲基藍(lán)染料廢水去除效果的影響

設(shè)置實(shí)驗(yàn)條件為：活性炭投加量：0.8g•L-1；超聲功率：200W；超聲時(shí)間：60min。研究不同的超聲溫度對(duì)亞甲基藍(lán)色度去除效果的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖3。由圖3可以看出，隨著超聲溫度的增加，亞甲基藍(lán)廢水色度去除率呈現(xiàn)出逐漸增大然后逐漸穩(wěn)定的趨勢(shì)。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果看，當(dāng)超聲溫度在80℃時(shí)，處理效果最好，去除率達(dá)到94.55%。這是由于溫度的增加，廢水中參與反應(yīng)的分子無規(guī)則運(yùn)動(dòng)加快，動(dòng)能增加，與活性炭的接觸機(jī)會(huì)增加，使反應(yīng)速率加快[6]。另外超聲的空化作用也會(huì)增強(qiáng)染料分子與活性炭的接觸，同時(shí)也會(huì)降解部分亞甲基藍(lán)。

2.4超聲功率對(duì)亞甲基藍(lán)染料廢水去除效果的影響

設(shè)置實(shí)驗(yàn)條件為：活性炭投加量：0.8g•L-1；超聲溫度：80℃；超聲時(shí)間：60min。研究不同的超聲功率對(duì)超聲功率色度去除效果的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖4。由圖4可以看出，隨著超聲功率的增加，亞甲基藍(lán)廢水色度去除率呈現(xiàn)出逐漸增大然后逐漸穩(wěn)定的趨勢(shì)。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果看，當(dāng)超聲功率在400W時(shí)，去除率達(dá)到98.79%，之后隨著超聲功率增加，去除效果未有明顯提高。這主要是因?yàn)殡S著超聲功率的增加，超聲的空化作用增強(qiáng)，從而促進(jìn)了降解反應(yīng)的進(jìn)行，但是過高的功率又產(chǎn)生了一些限制條件，所以當(dāng)超聲功率再增加時(shí)，亞甲基藍(lán)色度去除率未提高[7]。

2.5染料廢水濃度對(duì)亞甲基藍(lán)染料廢水去除效果的影響

設(shè)置實(shí)驗(yàn)條件為：活性炭投加量：0.8g•L-1；超聲溫度：80℃；超聲時(shí)間：60min；超聲功率：400W。研究不同的亞甲基藍(lán)廢水濃度對(duì)去除率效果的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖5。由圖5可以看出，隨著染料濃度的增加，亞甲基藍(lán)廢水去除率呈現(xiàn)出逐漸增大達(dá)到峰值然后逐漸下降的趨勢(shì)。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果看，當(dāng)廢水濃度在3mg•L-1時(shí)，去除率達(dá)到82.92%，之后隨著廢水濃度增加，去除效果逐漸降低。這或許是因?yàn)殡S著廢水濃度的增加，活性炭投加量一定，活性炭吸附效果有限，所以當(dāng)廢水濃度再增加時(shí)，亞甲基藍(lán)去除率逐漸降低。

3結(jié)論

本實(shí)驗(yàn)以超聲輔助活性炭，研究不同實(shí)驗(yàn)條件對(duì)亞甲基藍(lán)染料去除效果的影響。結(jié)合實(shí)驗(yàn)及相關(guān)分析得到以下結(jié)論:對(duì)活性炭進(jìn)行了預(yù)處理，以亞甲基藍(lán)染料廢水為原料，通過研究活性炭投加量、超聲時(shí)間、超聲溫度、超聲功率、染料廢水濃度等因素，發(fā)現(xiàn)在一定范圍內(nèi)，亞甲基藍(lán)染料去除率隨著上述影響因素的增大均表現(xiàn)出升高的趨勢(shì)，由實(shí)驗(yàn)顯示：當(dāng)亞甲基藍(lán)廢水濃度為3mg•L-1，活性炭投加量為0.8g•L-1，超聲溫度為80℃，超聲時(shí)間為60min，超聲功率為400W時(shí)，超聲輔助活性炭對(duì)染料去除效果最好，去除率為96.36%。

參考文獻(xiàn)

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［4］黎梅,李記太,孫漢文.超聲技術(shù)處理水中有機(jī)污染物［J］.化學(xué)進(jìn)展,2008,20（7）:1187-1195.

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［7］白曉龍,楊春和,姚進(jìn)一.超聲輔助活性炭處理兩種不同染料廢水研究［J］.工業(yè)安全與環(huán)保,2015,41（11）:37-39.

作者：許錦香 徐忠 吳仔朦 施迎 代秋萍 張婷 劉強(qiáng) 單位：哈爾濱商業(yè)大學(xué)