活性炭对蒽醌模拟废水的吸附能力研究

李海峰，陈秀琴，陆　璐，令狐文生

(绍兴文理学院化学化工学院，浙江　绍兴　312000)



活性炭对蒽醌模拟废水的吸附能力研究

李海峰，陈秀琴，陆璐，令狐文生

(绍兴文理学院化学化工学院，浙江绍兴312000)

使用活性炭作为吸附剂，吸附模拟废水中的1-氨基蒽醌，考察了吸附剂投放比，1-氨基蒽醌初始浓度，反应时间，反应温度对吸附效果的影响。实验发现，当1-氨基蒽醌初始浓度为134 mg/kg，活性炭对其吸附效果最好，而当溶液初始浓度为27 mg/kg，温度为35 ℃，活性炭的投放比达到0.5 g/L时，30 min后达到吸附平衡并且氨基蒽醌去除率高达86.7%，由此可见，活性炭的吸附能力较高，吸附速度较快，可以作为废水中去除氨基蒽醌的有效吸附剂。

活性炭；蒽醌类废水；吸附剂

氨基蒽醌作为重要的染料中间体，属于溶解度低, 熔点高, 性质稳定, 难以生物降解的染料废水。研究表明部分蒽醌类化合物具有光敏活性,因此,排放到水环境中的此类物质吸收可见光后可能发生光化学反应,对水生生态系统造成严重的威胁[1]。而且染料废水色泽较深,直接排入河流会妨碍日光在水中的透射, 不利于水生植物及藻类的光合作用, 会减少水生动物的食饵并降低水中的溶解氧浓度, 从而影响水生动物的生长[2]。因此，研究蒽醌废水的处理对环境保护具有重要意义。

目前处理蒽醌废水的方法主要有物理法(吸附法、絮凝法)、化学氧化法(高氧化态氧化物氧化法、臭氧氧化法、复合氧化法、光解法、电化学法)以及生物法[3]。其中，吸附法适用范围广, 处理效果好，是处理蒽醌废水的有效方法。而活性炭具有良好的吸附性，具有无毒害，易与废水分离等特点[4]，是在处理蒽醌废水时理想的吸附剂。

1　实验部分

1.1仪器

VIS-7220可见分光光度计，北京瑞利仪器公司；飞鸽系列离心机，上海安亭科学仪器厂；KQ-5200DA数控超声波清洗器，昆山市超声波设备有限公司； BS2245电子分析天平，北京赛多利斯仪器系统有限公司；PHS-3C PH计，上海科学精密仪器有限公司。

1.2材料与试剂

材料：活性炭，20～40目硅藻土，壳聚糖。

试剂：实验所用的氨基蒽醌模拟废水由1-氨基蒽醌(分析纯)、去离子水、乙醇、甲醇配制而成，浓度范围为5～170 mg/kg。

1.3实验方法

1.3.1氨基蒽醌标准曲线绘制

采用可见光度法测定模拟废水中的1-氨基蒽醌浓度。最低检出浓度为0.95 mg/L。用1-氨基蒽醌的标准溶液配制一系列标样溶液，且待测的1-氨基蒽醌浓度在这一范围内。用紫外分光光度计在376 nm波长处测量其吸光度(比色皿前加紫色滤光片)，绘制标准曲线，如图1所示。然后测定样品吸光度，消除空白，对照上述标准曲线求得的样品中的1-氨基蒽浓度。

图1　氨基蒽醌标准曲线

用静态吸附实验研究活性炭对1-氨基蒽醌的去除能力，对其去除效果与吸附剂用量及溶液初始浓度等的关系进行研究分析。

在100 mL锥形瓶中，加入已知浓度的1-氨基蒽醌溶液，然后再加入一定量活性炭，室温下振荡一段时间，吸附完成后用离心机(或抽滤)将活性炭与吸附残液分离，取清液用分光光度仪测定其中残余1-氨基蒽醌浓度，按照公式(1)计算活性炭吸附量，公式(2)计算氨基蒽醌去除率。

(1)

(2)

式中：C0——吸附前1-氨基蒽醌浓度，mg/kg

C——吸附后1-氨基蒽醌浓度，mg/kg

V——吸附溶液体积，L

M——吸附剂质量，g

1.3.2不同种类吸附剂的吸附效果比较

秤取相同质量的不同种类吸附剂吸附相同条件下的蒽醌废水，离心后对比吸附前后废水中氨基蒽醌浓度，实验发现，硅藻土与壳聚糖对于1-氨基蒽醌的吸附效果不明显，而活性炭对蒽醌废水的吸附效果良好。

2　结果与讨论

2.1吸附剂投放比的影响

取相同浓度的氨基蒽醌溶液，在室温条件下，分别投加不同质量的活性炭吸附，实验结果如图2所示。

图2　投放比对活性炭吸附量的影响

结果表明，活性炭的吸附量随投放量的增加而降低，从整体图线可以得出随着活性炭的投加量减少，其吸附效果越来越好。当投加量为1.5 g/L时，吸附量随投加量的增加基本不再变化。

2.2溶液初始浓度的影响

配置六份不同浓度的氨基蒽醌模拟废水于100 mL锥心瓶，分别向其中加入0.01 g活性炭，室温条件下进行吸附实验。吸附量变化如图3所示，氨基蒽醌去除率如图4所示。

图3　氨基蒽醌初始浓度对活性炭吸附量的影响

图4　氨基蒽醌初始浓度对去除率的影响

实验表明，在初始浓度为5～170 mg/kg的实验范围内，活性炭的吸附量随溶液初始浓度的增加有上升趋势，当溶液浓度达到60 mg/kg时，活性炭的吸附上升趋势变缓，溶液浓度为140 mg/kg以上时，活性炭的吸附量不再随溶液初始浓度变化。而图4显示，当溶液初始浓度为27 mg/kg时，活性炭对氨基蒽醌的去除率达到最大值86.7%。

2.3吸附时间的影响

图5　吸附时间对活性炭吸附时间的影响

向七个锥形瓶中分别加0.04 g活性炭，然后各加入浓度为58 mg/kg的氨基蒽醌模拟废水20 mL，室温下静置不同时间后测量溶液中剩余氨基蒽醌浓度，实验结果如图5所示。

图5结果表明，活性炭吸附氨基蒽醌废水的反应在30 min内完成，30 min后吸附反应达到平衡。这说明活性炭这一吸附剂对废水的吸附速度较快。在实际处理废水中，较快的反应速率更有利于净化

2.4吸附温度的影响

于100 mL吸附瓶中加入活性炭吸附剂0.01 g，然后加入80 mg/kg氨基蒽醌模拟废水20 mL，在不同温度下恒温吸附1 h，取清液测定其中氨基蒽醌浓度，实验结果如图6所示。

图6　吸附温度对活性炭吸附量的影响

图6表明，在吸附温度由25 ℃上升到55 ℃时，活性炭的吸附量一直处于上升趋势，当温度继续升高时，吸附量反而下降。

活性炭吸附存在物理吸附与化学吸附。高温不利于物理吸附，但是可加快化学吸附速率，低温时物理吸附占主导，当温度升高时化学吸附得到促进，故随着吸附温度的升高活性炭的吸附量增加。达到一定的吸附温度后。化学吸附达到了饱和，且在更高的吸附温度下形成的化学键会断裂，故继续提高吸附温度，活性炭对氨基蒽醌的吸附量开始下降。

3　结　论

一定范围内，活性炭的吸附量随氨基蒽醌初始浓度的增加而增大，当初始浓度大于134 mg/kg时，吸附量不再随初始浓度变化，而当初始浓度为27 mg/kg时，废水的去除率达到最高值86.7%；活性炭的吸附量受到活性炭投放比的影响，投放比越高，吸附量越低，当投放比高于1.5 g/L时，吸附量几乎不再变化；活性炭吸附氨基蒽醌的最佳反应温度为35 ℃并在30 min 内达到吸附平衡。

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Study on the Adsorption of Amino-anthraquinone in Wastewater by Activated Carbon

LI Hai-feng, CHEN Xiu-qin, LU Lu, LINGHU Wen-sheng

(College Chemistry & Chemical Engineering, Shaoxing University, Zhejiang Shaoxing 312000, ChIna)

The treatment of amino-anthraquinone waste water by adsorption was studied. The activated carbon was used as the adsorbent to removal of amino-anthraquinone from waste water. The effects of adsorbent dosage, initial amino-anthraquinone concentration, reaction time, reaction temperature on the removal of amino-anthraquinone from waste water were studied. The results showed that the adsorption capacity of amino-anthraquinone was best at the initial concentration of 134 mg/kg. When the initial amino-anthraquinone concentration was 27 mg/kg, the temperature was 35 ℃ and the adsorbent dosage was 0.5 g/L, after adsorption 30 min, the reaction reached equilibrium and the removal percentage of amino-anthraquinone was 86.7%. Therefore, activated carbon can be considered as an effective adsorbent for amino-anthraquinone from waste water.

activate carbon; anthraquinone waste water; adsorbent

李海峰(1995-)，女，应用化学专业本科在读，主要从事废水处理研究。

令狐文生(1968-)，男，主要研究领域为废水处理、固体废弃物资源化利用。

X703

A

1001-9677(2016)01-0103-03