活性炭吸附處理纖維板工業(yè)廢水

　　纖維板是木纖維結(jié)塊，主要用于家具制造。該產(chǎn)品多年來(lái)一直在增長(zhǎng)，因?yàn)樗�具有高阻力、穩(wěn)定性和高質(zhì)量的表面處理，再加上合理的成本。在纖維板行業(yè)，由于危險(xiǎn)化學(xué)品的濃度很高，加工過(guò)程對(duì)水生環(huán)境有有害影響。在這項(xiàng)研究中，使用兩種不同類型的活化劑，即酸和堿，制成活性炭。確定并進(jìn)一步討論了活化劑對(duì)活性炭的理化特性和吸附效率的影響。此外，還評(píng)估了活性炭對(duì)三種不同金屬離子的同時(shí)吸附，這些金屬離子代表纖維板加工工業(yè)廢水中的污染物。

　　纖維素、半纖維素和木質(zhì)素含量

　　木質(zhì)纖維素材料被認(rèn)為是纖維素、半纖維素和木質(zhì)素的混合物。纖維素和半纖維素由碳水化合物組成，構(gòu)成全纖維素。纖維素是一種基于葡萄糖的線性聚合物，具有額外的氫鍵，使其堅(jiān)硬、堅(jiān)固且難以斷裂。另一方面，半纖維素存在于次生細(xì)胞壁中，由不同戊糖和己糖的微小、高度支化的鏈組成。同時(shí)，木質(zhì)素是一種非常復(fù)雜的物質(zhì)，具有三維交聯(lián)多酚結(jié)構(gòu)，存在于纖維素和半纖維素細(xì)胞壁之間。

　　木質(zhì)纖維素元素在活性炭的開(kāi)發(fā)中起著重要作用。木質(zhì)素含量高的材料開(kāi)發(fā)出具有高大孔的活性炭，而纖維素產(chǎn)量高的材料開(kāi)發(fā)出具有主要微孔結(jié)構(gòu)的活性炭。在這些元素中，木質(zhì)素具有顯著優(yōu)勢(shì)，因?yàn)樗�可以抵抗化學(xué)和生物降解。木質(zhì)素也被認(rèn)為是燒焦材料中最豐富的成分。木質(zhì)素含量似乎與固定碳含量相關(guān)，并在碳化后顯著增加。吸附過(guò)程也受到木質(zhì)纖維素纖維化學(xué)成分的強(qiáng)烈影響，尤其是-OH和芳族基團(tuán)。

　　場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡

　　使用FESEM分析觀察了活性炭產(chǎn)品的浸漬和碳化溫度影響的形態(tài)變化。圖1a、b描繪了木質(zhì)素在被激活之前的表面形態(tài)。它顯示出厚而平坦的圖案，中間有小裂縫。這歸因于大量的木質(zhì)素，一種酚類聚合物，賦予植物結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，使其具有堅(jiān)硬粗糙的木材狀結(jié)構(gòu)。在圖1b中，發(fā)現(xiàn)前體具有壓實(shí)的表面，上面有淺而堵塞的孔隙圖案。這可能是由于烘箱干燥過(guò)程中預(yù)處理和加熱過(guò)程的反應(yīng)。從圖1a、b，由于無(wú)孔表面的存在，表面清楚地顯示為不令人滿意的吸附材料。

　　圖1：活性炭原材料的表面形態(tài)。

　　使用不同化學(xué)堿的活化過(guò)程之間最顯著的差異是在活性炭表面形成的圖案，如圖2a、b所示。用KOH和HNO3浸漬的活性炭具有更均勻和梳狀的圖案，而用KOH浸漬的活性炭具有明顯更小的孔隙和稀疏分布。觀察到活性炭表面上類似的孔隙發(fā)育。研究，其中用KOH浸漬的圖案產(chǎn)生具有許多孔的海綿狀結(jié)構(gòu)。在480℃下，用KOH活化的活性炭的孔徑為1.255至2.118nm。同時(shí)，用HNO3激活的活性炭中的孔徑范圍為4.9nm至6.8nm。

　　圖2：10HNO活性炭和10KOH活性炭的表面形貌。

　　活性炭對(duì)纖維板工業(yè)廢水批量吸附研究

　　在各種條件下研究了復(fù)合吸附劑的最佳吸附去除，包括ph值吸附劑用量和接觸時(shí)間，這是決定吸附能力的重要參數(shù)。

　　在分批吸附研究中，pH值是一個(gè)重要因素，它會(huì)通過(guò)改變所用吸附劑的表面電荷分布來(lái)影響吸附過(guò)程。在6和14的范圍內(nèi)觀察到木材加工廢水中重金屬(Mn、Fe和Zn)的pH相關(guān)影響。圖3A、B清楚地表明，當(dāng)纖維板加工廢水中的Mn、Fe和Zn分別使用pH8時(shí)，兩種活性炭均獲得最佳結(jié)果。

　　吸附劑用量是調(diào)查污染物定量吸收的重要因素。使用不同用量的10KOH活性炭和10HNO活性炭去除鐵、錳和鋅的結(jié)果分別如圖3C、D所示。對(duì)于吸附劑用量的影響，可以看到一個(gè)明顯的趨勢(shì)。正如預(yù)期的那樣，通過(guò)增加吸附劑的量，金屬的去除率也會(huì)增加，直到達(dá)到最佳階段。本研究中最高吸附百分比記錄在使用10KOH活性炭去除Mn時(shí)，當(dāng)使用0.2g吸附物時(shí)為88%。相比之下，需要0.3g/L的10HNO活性炭才能去除87%的Mn。通過(guò)增加吸附劑用量，可以獲得更活躍的吸附位點(diǎn)。這解釋了吸附劑劑量增加導(dǎo)致更多污染物去除的趨勢(shì)。

　　接觸時(shí)間對(duì)吸附效率有顯著影響，可用于闡明吸附過(guò)程的動(dòng)力學(xué)。理論上，接觸時(shí)間的增加會(huì)導(dǎo)致去除百分比增加，直至達(dá)到飽和水平。將10KOH活性炭和10HNO活性炭的最佳pH值和吸附劑用量設(shè)置為常數(shù)以確定最佳接觸時(shí)間。如圖3E、F所示，在接觸時(shí)間的前30分鐘內(nèi)，記錄了使用活性炭從廢水中去除少量Mn、Fe和Zn。這種行為是由于攜帶不同類型污染物的水分子解離，需要一定時(shí)間才能有效發(fā)生反應(yīng)�？傮w而言，結(jié)果表明，對(duì)于10KOH活性炭和10HNO活性炭，在最高去除百分比下的最佳接觸時(shí)間均為120分鐘。比較KOH浸漬的活性炭和HNO3浸漬的活性炭，10KOH活性炭顯示出更高的去除率，Mn為96.14%，Zn為70.05%，但Fe略低，為45.93%。這可能是由于10KOH活性炭的微孔結(jié)構(gòu)。

　　圖3：(A)pH百分比對(duì)KOH浸漬活性炭去除Zn、Fe和Mn的影響，(B)HNO3浸漬活性炭去除Zn、Fe和Mn的pH值，(C)吸附劑用量對(duì)KOH浸漬活性炭去除Zn、Fe和Mn的影響，(D)吸附劑用量對(duì)HNO3浸漬活性炭去除Zn、Fe和Mn的影響，(E)接觸時(shí)間對(duì)KOH浸漬活性炭去除Zn、Fe和Mn的影響，(F)接觸時(shí)間對(duì)HNO3浸漬活性炭去除Zn、Fe和Mn的影響。

　　活性炭吸附處理纖維板工業(yè)廢水，從目前的研究結(jié)果可以得出結(jié)論，KOH和HNO3可以以更快的過(guò)程和更低的活化溫度生產(chǎn)活性炭。與未處理的原料相比，活化過(guò)程修飾了更多的官能團(tuán)，如羥基、羰基和芳香族化合物，這可以提高吸附劑的性能。使用KOH從廢水中吸附金屬污染物的百分比更高，在pH值、吸附劑用量和接觸時(shí)間的最佳參數(shù)下，Mn為96.14%，Zn為70.05%，F(xiàn)e為約50%。然而，未來(lái)可以考慮進(jìn)一步優(yōu)化溫度、金屬初始濃度和搖動(dòng)速度等參數(shù)的最佳值，以獲得更詳細(xì)的結(jié)果。去除Mn、Fe和Zn的預(yù)測(cè)值與實(shí)際值顯示實(shí)際數(shù)據(jù)與從模型中獲得的數(shù)據(jù)完全一致。因此，本研究中實(shí)現(xiàn)的所有預(yù)測(cè)模型都可用于充分、準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)重金屬去除率。

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