稻壳活性炭的制备及其对磷的吸附分析

武娜，任琳，李艳芳，蔡婷婷

（吕梁学院，山西吕梁033000）

稻壳活性炭的制备及其对磷的吸附分析

武娜，任琳，李艳芳，蔡婷婷

（吕梁学院，山西吕梁033000）

活性炭吸附法是重金属废水处理的主要工艺，同时也是对磷进行吸附的重要方法。活性炭吸附法是应用农业废弃物稻壳炭化之后，应用活化、酸洗、水洗和干燥等工艺制备出来的。本文对稻壳活性炭的制备，优化其对磷的吸附，取得了良好的效果，旨在为农村分散性污水排放问题的解决提供参考。

稻壳活性炭；制备；磷；吸附

伴随社会经济的发展，农村分散性污水的肆意排放日益严重，导致我国的江河湖海等出现了比较严重的水污染问题，严重影响了人们的生产生活。农村分散地区污水排放比较大，而且污水的波及范围和流动性很强。因此，需要应用生物生态组合的方式来处理这些污水排放问题。

现阶段，处理农村地区分散性污水的技术形式有人工湿地、渗槽技术、亚表层渗滤技术等。这些技术的共同点是应用生态处理的方法来对污染水进行净化。但是，在应用这些技术的时候还伴随一些填料难以饱和以及饱和之后难以处理的问题，无法发挥出生态处理技术对农村地区分散污水的处理作用。

活性炭具有发达的结构和较强的吸附能力，被人们广泛应用于水体污染物的处理中。但是，活性炭的获取会受到多种因素的影响，不利于进行广泛推广。稻壳中含有能够制作成活性炭的元素，是一种理想型的吸附剂原料。本文具体分析稻壳活性炭的制备及其对磷的吸附进行优化。

1 实验部分

1.1 仪器和材料

稻壳，山西某米厂提供。

仪器和设备有马弗炉、微型植物粉碎机、振荡器、离子电感耦合发射光谱仪等，由山西省实验仪器厂提供。

材料有氯化锌、盐酸、磷酸二氢钾、硫酸、钼酸铵和酒石酸锑氧钾等，由吕梁学院提供。

1.2 稻壳活性炭的制作和准备

在选择好稻壳样本之后，应用流动的水清理稻壳上的泥土和污渍，清理完成后再次应用自来水清洗稻壳，并对清理完成的稻壳进行烘干操作，最后采用不同的活化方式来制备稻壳活性炭[1]。

1.3 稻壳活性炭的结构表征

本文应用美国生产的全自动吸附分析仪测定稻壳活性炭N2吸附等温线，比表面积由BET方程算出，稻壳活性炭中孔比表面积用t-plot的方法计算。微孔和表面积的比值不理想。稻壳活性炭中孔的容积被认为是一种相对压力。应用t-plot的方法获得0.99稻壳活性炭微容积。孔径大小采用BⅠH方法获得。

1.4 稻壳活性炭的吸附试验

1.4.1 稻壳活性炭吸附条件的正交试验

稻壳活性炭吸附条件的正交试验主要考察的是温度、酸碱值、振荡时间对稻壳活性炭吸附能力的影响。稻壳活性炭的吸附试验各个因素水平设计具体如表1所示。

表1 稻壳活性炭的吸附条件的正交试验的因素水平设计

1.4.2 稻壳活性炭的吸附等温试验

稻壳活性炭的吸附等温试验需要称量稻壳活性炭7份，每份0.2g，分别放入7个250mL锥形瓶子中，然后分别向瓶子中加入不同毫克的KH2PO4和KCⅠ混合溶液。之后调解完成后放置在恒温的振荡器上进行振荡操作，在振荡工作进行中要应用离心机离心后吸上清液，采用科学的方法测试磷的浓度，测试平衡前后溶液中包含的浓度不同的磷吸附量[2]。

1.4.3 稻壳活性炭的吸附动力学试验

稻壳活性炭的吸附动力学试验需要称量稻壳活性炭100份，每份0.2g，分别放入12个250mL锥形瓶子中，在分别向瓶子中加入1 000mg KH2PO4和KCⅠ混合溶液。调解完成后放置在恒温的振荡器上进行振荡操作，振荡操作一定时间之后通过相应的容器瓶来观察操作结果，采用科学的方式对磷的浓度信息进行测试，计算平衡前后溶液中含有的不同浓度的差来计算磷的吸附量。

2 结果与分析

2.1 稻壳基活性炭基本性质

经过不同的操作之后制备的稻壳基活性炭的比表面积、碘吸附值、亚甲基蓝吸附值、苯酚吸附值各不相同。活性炭孔结构参数信息具体如表2所示。稻壳活性炭在各个指标方面均优于其他2种物质。稻壳活性炭，远超过工业用水处理活性炭一级标准。稻壳活性炭微孔容积占据总孔容的60%。分析表明稻壳基活性炭的结构是炭微孔和中孔，这种结构具有较强的吸附能力。

表2 活性炭孔结构参数信息

2.2 稻壳基活性炭吸附

稻壳基活性炭吸附试验结果具体如表3所示。由表3可以发现，温度、酸碱值、振荡时间对稻壳基活性炭吸附有着不同程度的影响。极差的大小和影响因素的重要性呈现出一种重要的正相关关系[3]。温度、酸碱值、振荡时间的极差R分别是1.00、0.16和0.19。由此可见，影响稻壳活性炭吸附磷的主要因素是温度，最为次要的是pH值。

2.3 稻壳基活性炭吸附等温曲线

稻壳基活性炭吸附等温曲线是研究稻壳基活性炭吸附试验过程的重要依据，主要是对稻壳基活性炭吸附剂和吸附介质平衡关系问题的一种研究，具体的模型方程如公式（1）（2）所示。

式（1）（2）中，Q代表的是稻壳基活性炭吸附量，Qmax指的是稻壳基活性炭饱和吸附量，C表示的是稻壳基活性炭吸附平衡作用下溶液磷的浓度，K和n是经验常数。

在将上述的2个模型方程线性整合之后得到了线性化的方程，具体系数分析如表4所示。根据式（1）线性化方程，通过斜率计算得出稻壳活性炭对磷饱和吸附量是6.93mg/g。式（2）下的线性化方程斜率能反映吸附难易程度。线性化方程斜率在0.1～0.5时代表了比较容易吸附的特点。线性化方程斜率超过2时，代表了不容易吸附的特点。结合式（2）的线性方程可以发现拟合直线斜率是0.354 1，证明了稻壳活性炭对磷的吸附行为是易吸附过程。稻壳基活性炭吸附等温曲线具体如图1所示。由图1可以发现，壳活性炭对磷吸附等温曲线于式（1）（2）呈现出一阵高度拟合的情况相关系数达到了0.92[4]。

表3 稻壳基活性炭吸附试验结果

表4 模型方程线性整合后得到的线性化方程

图1 磷吸附等温曲线

3 结论

经过综合分析发现，在温度为25℃、振荡时间为12h、酸碱值为7的条件下，稻壳活性炭对磷吸附优化条件最好。稻壳活性炭对磷吸附等温曲线符合相关公式的模型要求，相关系数能够达到0.92。这证明了稻壳活性炭对磷具有良好吸附能力，可以被人们广泛推广和应用到农村扩散性污水治理中，拥有良好的市场发展前景。

[1]李楠,单保庆,唐文忠,等.稻壳活性炭制备及其对磷的吸附[J].环境工程学报,2013,7(3):1024-1028.

[2]廖钦洪,刘庆业,蒙冕武,等.稻壳基活性炭的制备及其对亚甲基蓝吸附的研究[J].环境工程学报,2011,32(11):2447-2452.

Preparation of Activated Carbon from Rice Husk and Its Adsorption to Phosphorus

Wu Na,Ren Lin,Li Yan-fang,Cai Ting-ting
(Luliang University,Shanxi Luliang 033000)

Activated carbon adsorption is an important method for the treatment of heavy metal wastewater,and is also an important method for adsorption of phosphorus.Activated carbon adsorption method is the application of agricultural waste rice husk carbonization,activation,pickling,washing and drying process.After practical research and analysis,the adsorption of phosphorus on rice husk activated carbon was optimized.In this paper,the preparation of activated carbon from rice husk and its adsorption to phosphorus were studied.

Rice husk activated carbon;Preparation;Phosphorus;Adsorption

X703

A

2096-0387（2017）03-0032-03

武娜（1987-），女，山西吕梁人，硕士，助教，研究方向：活性炭制备及吸附。