活性炭電吸附增強(qiáng)處理含砷廢水

　　隨著采礦、冶煉、化工等工業(yè)的發(fā)展過(guò)度冶金對(duì)環(huán)境構(gòu)成嚴(yán)重威脅，比如含砷廢水的排放。雖然經(jīng)過(guò)適當(dāng)處理但出水砷濃度仍然很高，導(dǎo)致大量砷進(jìn)入環(huán)境。電容去離子我們已經(jīng)介紹很多次了，是一種通過(guò)施加外部電場(chǎng)來(lái)提高電極材料的吸附容量和吸附效率的新興技術(shù)。在這項(xiàng)研究中，開(kāi)發(fā)了一種在電極反應(yīng)器中去除和再生活性炭的電化學(xué)方法。旨在實(shí)現(xiàn)溶液中五價(jià)砷的深度處理，最終減少砷對(duì)環(huán)境的污染。這種新型的電吸附-解吸組合工藝，用于五價(jià)砷的去除和回收。

　　吸附和電吸附實(shí)驗(yàn)條件

　　該實(shí)驗(yàn)通過(guò)將15g預(yù)處理活性炭置于溶液中以在室溫下吸附As(V)來(lái)進(jìn)行。As(V)初始濃度為0.5mg/L。通過(guò)單因素實(shí)驗(yàn)優(yōu)化了pH、施加電壓和流速等實(shí)驗(yàn)參數(shù)。一段時(shí)間后，活性炭達(dá)到平衡。將吸附預(yù)處理的活性炭置于3D電極反應(yīng)器中，800mL含0.5mg/L的As(V)溶液在一定電壓下電吸附至溶液pH不再變化。通過(guò)pH計(jì)監(jiān)測(cè)溶液pH的變化。最后活性炭的表面形態(tài)和孔徑分布分別通過(guò)掃描電子顯微鏡進(jìn)行表征。As(V)濃度通過(guò)電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀測(cè)定。

　　粒子電極的表征

　　活性炭的SEM圖像如圖1所示。發(fā)現(xiàn)活性炭呈不規(guī)則顆粒狀。表面大孔、中孔和微孔交錯(cuò)排列。這表明活性炭具有高孔隙率�；钚蕴繉�(duì)As(V)的吸附，在本實(shí)驗(yàn)中，錐形瓶中裝有15g活性炭和200mL/As(V)。

　　圖1：活性炭的SEM圖像。

　　活性炭對(duì)含砷廢水的電吸附

　　為了確定電吸附時(shí)間的影響，實(shí)驗(yàn)在As(V)溶液的pH值為3、流速為38mL/min、電壓為1.2V的條件下進(jìn)行。預(yù)處理的活性炭為1cm(15g)。根據(jù)分析出水殘留As(V)濃度來(lái)對(duì)比吸附效果。另外pH對(duì)砷的種類(lèi)有很大的影響，而砷的種類(lèi)對(duì)電吸附效率的影響很大，所以pH是影響除砷效率的關(guān)鍵因素。為了深入了解不同pH條件下的電吸附過(guò)程，實(shí)驗(yàn)在3cm的填充床厚度和1.2V的電壓條件下進(jìn)行。在選定的pH值(2-12)下殘留的As(V)濃度如圖2(a)所示�？梢园l(fā)現(xiàn)，隨著時(shí)間的推移，As(V)濃度逐漸降低，但它們并沒(méi)有隨著pH值的升高或降低而有規(guī)律地變化。由于吸附依賴于吸附劑表面位點(diǎn)與特定物種之間的結(jié)合強(qiáng)度，當(dāng)污染水中多種物種共存時(shí)，強(qiáng)結(jié)合物種在表面結(jié)合位點(diǎn)占主導(dǎo)地位，并大大降低了弱結(jié)合物種的吸附。由圖2(b)可知，當(dāng)pH值在6到10之間時(shí)，As(V)的去除效率較低。當(dāng)pH值為2、3、4、5、11和12時(shí)，去除效果較好。

　　圖2：pH對(duì)As(V)電吸附的影響(a)As(V)的殘留濃度，(b)As(V)的平衡濃度。

　　活性炭電增強(qiáng)吸附

　　在電極反應(yīng)器中表現(xiàn)出出色的性能。合適實(shí)驗(yàn)參數(shù)系統(tǒng)總結(jié)如下：時(shí)間為12小時(shí)，填充床厚度為3cm，電壓為2.4V，pH為4，流速為88mL/分鐘。去除效率低于地表水中的閾值(0.1mg/L)。實(shí)現(xiàn)了砷的深度處理。這意味著可以通過(guò)利用電極反應(yīng)器來(lái)改善As(V)的去除，即電場(chǎng)可以增加活性炭的吸附能力。在圖3中，電極的SEM和EDS圖像顯示，在電極表面存在As(V)。

　　圖3：活性炭電極As(V)電吸附后的SEM像(a)和元素分布(b-e)。

　　活性炭電吸附增強(qiáng)處理含砷廢水在優(yōu)化條件下，As(V)去除率達(dá)到84%，即出水As(V)濃度由0.5降低到0.08mg/L，符合地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。經(jīng)驗(yàn)證，外加電場(chǎng)可有效提高吸附預(yù)處理后活性炭的吸附能力，實(shí)現(xiàn)了活性炭在電極反應(yīng)器中對(duì)As(V)的深度處理。更重要的是，電極可以有效地再生，具有良好的循環(huán)性能。因此，它具有很大的發(fā)展前景。

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