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活性炭吸附去除廢水中的苊
廢水是用于家庭、工業(yè)或商業(yè)的水,含有高濃度的固體、溶解和顆粒物質(zhì)、微生物、營養(yǎng)物質(zhì)、重金屬和微污染物。許多行業(yè)廣泛使用含有苊(多環(huán)芳烴之一)的產(chǎn)品以及大量苊釋放到廢水中,導(dǎo)致環(huán)境中的苊濃度達(dá)到危險(xiǎn)濃度。因此,在排放之前,需要將其濃度消除或降低到可接受的水平。本研究的目的是研究在存在其他多環(huán)芳烴的情況下使用活性炭從廢水中吸附去除苊。
廢水處理實(shí)驗(yàn)室級(jí)別測(cè)試
廢水樣品的制備方法是在標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液中加入蒸餾水以獲得初始濃度為10mg/L的苊,同時(shí)存在15種其他多環(huán)芳烴(每種10mg/L)。苊的初始濃度是根據(jù)文獻(xiàn)中報(bào)告的苊平均較高濃度得出的,例如5–25mg/L、1–3mg/L和0.7–3.5mg/L。在以下參數(shù)下進(jìn)行批量測(cè)試:溶液pH值2-7,活性炭用量0.1-3g/L,接觸時(shí)間5-90分鐘。為了獲得所需的pH值,根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求將0.1M/NaOH和0.1M/H2SO4添加到廢水樣品中。反應(yīng)在燒杯中進(jìn)行。將燒杯放在熱板上,使用反應(yīng)器內(nèi)的磁力攪拌器將試劑均勻地混合到廢水中。吸附過程開始于向廢水樣品中添加一定量的活性炭。在實(shí)驗(yàn)過程中,磁力攪拌器的溫度和速度分別保持在25℃和250rpm不變。在過程停止后,使用注射器取出樣品。在注射器末端放置一個(gè)過濾器(0.45μm)以過濾處理過的廢水樣品?偣蔡崛×2mL樣品,放入采樣瓶中并貼上標(biāo)簽。過濾后的廢水樣品用于使用HPLC對(duì)苊進(jìn)行定量。每個(gè)實(shí)驗(yàn)一式三份進(jìn)行,取平均值。
HPLC結(jié)果
從16種多環(huán)芳烴的混合標(biāo)準(zhǔn)品中,乙腈被選為本研究中的代表性PAH化合物,因?yàn)樗荱SEPA優(yōu)先考慮的16種PAH之一,并且在原油和煤焦油中具有高濃度。對(duì)于初始濃度,廢水樣品的制備濃度為10mg/L多環(huán)芳烴,在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)之前,初始讀數(shù)是已知的。HPLC色譜圖顯示了多環(huán)芳烴的峰面積與保留時(shí)間的關(guān)系。苊的保留時(shí)間為13.35分鐘。色譜圖顯示苊的初始濃度讀數(shù)為9.58±0.5mg/L。苊量的損失可能是由于揮發(fā)和吸附到反應(yīng)器壁上。圖1a顯示了活性炭吸附苊之前的HPLC色譜圖。在吸附前的色譜圖中可以看到苊的峰面積較高,而活性炭吸附苊后峰面積減小(圖1b)。還原表明活性炭具有吸附樣品溶液中苊的潛力。在每批實(shí)驗(yàn)后獲得HPLC色譜圖,并使用校準(zhǔn)曲線將苊峰面積的減少與水樣中苊的最終濃度相關(guān)聯(lián)。
圖1:廢水(a)吸附前和(b)吸附后的HPLC分析。
接觸時(shí)間的影響
為了研究接觸時(shí)間對(duì)活性炭吸附苊的影響,將含有吸附劑的廢水樣品機(jī)械搖動(dòng)不同的時(shí)間長(zhǎng)度(5-90分鐘)。在5、47.5和90分鐘的接觸時(shí)間收集樣品。實(shí)驗(yàn)表明活性炭的接觸時(shí)間對(duì)苊的吸附反應(yīng)影響最大。在pH2和3g/L的用量下,苊的去除效率從90.07%提高到96.69%,接觸時(shí)間從5分鐘增加到90分鐘。同樣,在pH7和3g/L的劑量下,苊的去除效率從89.49%提高到98.73%,接觸時(shí)間從5分鐘增加到90分鐘。然而,在所有pH值和劑量值下,吸附反應(yīng)都很快,因?yàn)?8-90%的苊在反應(yīng)時(shí)間的5分鐘內(nèi)被去除。更遠(yuǎn),吸附逐漸增加長(zhǎng)達(dá)90分鐘。它表明,最初,由于多個(gè)吸附位點(diǎn)的可用性,大量的苊逐漸被活性炭吸附。然而,隨著時(shí)間的增加,活性炭上的大部分活性位點(diǎn)被占據(jù),達(dá)到平衡,導(dǎo)致吸附速率變慢。以前的研究報(bào)告了各種多環(huán)芳烴吸附到各種吸附劑上的類似發(fā)現(xiàn),吸附隨著接觸時(shí)間的增加而增加,并且在達(dá)到平衡后保持不變或略有變化。
三維曲面圖和使用RSM進(jìn)行優(yōu)化
圖2a顯示實(shí)驗(yàn)苊去除(%)與預(yù)測(cè)的苊去除(%)具有很好的相關(guān)性,R2值為0.99。此外,所有數(shù)據(jù)點(diǎn)的分布都接近45°直線。獨(dú)立因素(pH、用量和接觸時(shí)間)及其相互作用對(duì)苊消除(%)的影響由具有不同峰值和曲線的3D圖(圖2b-d)表示。在3D圖中系統(tǒng)地改變了兩個(gè)自變量,而其余的自變量保持不變。圖2b、c中的表面圖表明,在pH值7附近實(shí)現(xiàn)了高苊去除率;钚蕴坑昧繉(duì)苊去除率的影響表明,在較高的活性炭用量下,由于可用比值增加,去除百分比顯著增加表面積和吸附劑空閑區(qū)域(圖2b,d)。此后,去除苊的百分比持平或略有下降。圖2c、d顯示了苊去除效率(%)與接觸時(shí)間之間的正相關(guān)關(guān)系。
圖2:(a)預(yù)測(cè)的乙腈去除量與實(shí)際去除量的關(guān)系圖,(b)乙腈去除量的pH值與活性炭用量的3D圖,(c)乙腈去除量的pH值與接觸時(shí)間的3D圖,(d)3D圖接觸時(shí)間與活性炭用量的苊去除圖。
活性炭吸附去除廢水中的苊,廢水中含有所有16種PAH,而僅在存在其他PAH的情況下才觀察到苊的估計(jì)去除量。使用HPLC作為分析方法來量化水樣中的苊;贑CD的RSM是為設(shè)計(jì)不同pH水平(2-7)、0.1-3g/L的用量和5-90分鐘接觸時(shí)間的實(shí)驗(yàn)而開發(fā)的。吸附反應(yīng)很快,在5分鐘內(nèi)達(dá)到更高的去除率(高達(dá)90%)。優(yōu)化結(jié)果表明優(yōu)化反應(yīng)條件下能去除98.88%的苊。結(jié)果在實(shí)驗(yàn)室得到驗(yàn)證。因此,在多種PAHs存在的情況下,活性炭被證明是廢水中苊的有效且潛在的吸附劑。
文章標(biāo)簽:椰殼活性炭,果殼活性炭,煤質(zhì)活性炭,木質(zhì)活性炭,蜂窩活性炭,凈水活性炭.本文鏈接:http://www.lqzzx.com/hangye/hy1115.html
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