柚皮粉快速制备活性炭及对甲基橙染料废水处理性能研究

胡茜 王诗语 董微巍

摘 要：以农业废弃物柚子皮作为原料来制备活性炭，利用氯化锌活化法将柚皮粉在低温条件下快速制备成活性炭来处理模拟甲基橙染料废水。结果表明：活性炭的投放量、震荡时间对于活性炭的吸附性能均有着显著的影响。其中当活性炭投放量为0.3 g/L，震荡50min时去除率效率最好，达81%。

关键词：柚皮粉；活性炭；甲基橙；吸附

印染工业作为我国最早的支柱产业，现如今已经有了悠久的历史，随着印染工业的发展，染料废水的排放量大大增加，我国印染行业每年约产生6-7吨废水，大量难降解的有机污染物排入水环境，变成最严重的水环境污染来源之一[1]。染料废水处理已迫在眉睫。

应用于废水中染料净化的方法有膜分离、吸附、絮凝、光催分解等。吸附法具有操作简单、灵活等优点成为目前处理污染废水的主要技术。针对染料废水的水质特性，以柚子皮为原材料，用氯化锌活化法来制备活性炭，在实验的基础上构建柚子皮生物活性炭吸附处理染料废水工艺。通过制备甲基橙染料废水，从两个影响因素（活性炭的投加量、反应时间）优化生物柚子皮活性炭对甲基橙染料废水反应工艺。将得到的柚皮基吸附剂用于染料废水的处理，达到循环经济的目的。

1材料与方法

1.1实验材料与试剂

98%浓硫酸，氯化锌，氢氧化钠，甲基橙，电子天平，干燥箱，粉碎机，SHA-B水浴恒温振荡器，JJ224BC型电子天平，EMS-10型磁力搅拌器，FY-1H-N抽滤机，可见分光光度计，pH计。

1.2活性炭的制备

柚子表皮完整剥下剪成均等大小的小块，蒸馏水充分洗涤去除其表面杂质，于通风光照良好处放置干燥2周后得到完全干燥的柚子皮，将干燥后的柚皮粉碎，过60目筛，最终得到用于制备活性炭的柚皮粉。将得到的柚皮粉放入密封袋中留存备用。现称取50 g柚子皮粉末置于500 mL的烧杯中，加入40 g的98%浓硫酸溶液对柚皮粉进行氧化，再加入5 g氯化锌于室温条件下搅拌0.5 h使其充分氧化后静置2 h，将得到的混合物用蒸馏水反复洗涤至中性后，用抽滤机进行抽滤，将得到的活性炭放置在60℃烘箱中烘干16 h，终将制得的活性炭碎块留存备用。

1.3方法评价

分别取以上配置溶液0.1、0.2、0.3、0.4、0.5 （ml）于五个烧杯中，均稀释到20 ml，得到浓度为1、2 、3、4、5（mg/L）的甲基橙溶液，搅拌均匀后待用。甲基橙在最大吸收波长为464nm，调节分光光度计，得各浓度甲基橙对应的吸光度值，由甲基橙浓度与对应吸光度绘得甲基橙的标准曲线y=0.0092x-0.0008，R2=0.9483。其方法可行。

2结果分析

2.1 活性炭投放量对于吸附效果的影响

准备5个具塞比色管分别在其中加入25 ml甲基橙模拟废水，再分别称取0.1 、0.2 、0.3 、0.4 、0.5 （g），活性炭加入其中，在25℃的水浴恒温振荡器中震荡0.5 h，使其充分混合吸附，过滤得到不含杂质的液体，测吸光度。

可得：吸附初期，随着吸附剂投放量的增大，去除率逐渐增大，因为增加活性炭投放量使吸附表面积增加，当投放量达到0.3 g时，去除率达到80%最大，之后继续投加，去除率降低，因为水体里染料含量一定，随着吸附剂用量增多，吸附效果显著变好，但随着吸附剂用量增大其去除率也慢慢趋于吸附平衡，为此，本次研究活性炭的最佳投放量为0.3 g，不仅可以达到较高的吸附效率，而且不会浪费活性炭。

2.2震荡时间对于吸附效果的影响

准备5个具塞比色管分别在其中加入25 mL甲基橙模拟废水，称取0.3 g活性炭投加其中，在25℃的水浴恒温振荡器中分别震荡15、30、40、50、60 （min），使其充分混合吸附，过滤得到不含杂质的上清液，测吸光度。结果如下图：

可得：随着震荡时间的增加去除率先增加后逐渐降低。因为吸附初始时，废水中甲基橙染料的浓度较高而且吸附位点相对较多，吸附位点周围染料含量高即吸附效率大，且远大于解吸率。但当吸附到达一定程度后，废水中染料浓度降低，吸附位点相对减少[2]，甲基橙浓度降低，吸附效率逐渐降低。本次研究震荡的最佳时长为为50 min，此时吸附率达到81%最大。

结论

采用氯化锌活化法来进行制备活性炭，此方法不仅可以在低温环境下简单实现活性炭的制備，而且高效快速，活化产率高。利用制备的活性炭再对甲基橙染料废水进行静态吸附研究，通过控制反应时间和活性炭投加量，采用对比法和控制变量法开展实验，研究各项因素对于甲基橙染料废水吸附效果的影响，确定最佳的吸附条件为：活性炭投放量为0.3 g/L，震荡50min时去除率效率最好，达81%。

参考文献：

[1]逯秀.有机染料废水处理技术研究进展[J].石化技术，2019，26（02）：70.

[2]易四勇， 王先友， 李娜，等. 活性炭活化处理技术的研究进展[J].材料导报， 2008， 22（3）：72-75.