磁性生物炭吸附剂对苯胺的吸附研究

2020-03-04吴志斌

化工管理 2020年1期

吴志斌

(东莞市望牛墩乙炔有限公司，广东东莞 523287)

0 引言

将磁性介质负载到活性炭上，使活性炭具有磁性，从而利用磁分离技术对活性炭进行分离、回收。这种制备方法与传统的再生活性炭相比，不仅增强了活性炭的吸附选择性、提高了其吸附能力，并且重生操作简单和节省时间。所以关于如何开发与应用磁性活性炭，在化工及环境工程等领域中是一门非常热门的研究项目[1]。

本研究将铁氧化物负载到生物炭上，制备出具有磁性炭复合材料的吸附剂，以苯胺作为模拟废水，探讨吸附剂的最适投加量、最适初始浓度、吸附的最佳时间、吸附适宜的温度等条件对吸附效果，从而获得最佳吸附条件，为开发使用吸附剂并能达到最佳效果提供一定的科学理论参考依据。

1 材料与方法

1.1 仪器和试剂

UV-1800型紫外可见分光光度计(上海美谱达仪器有限公司)； pHS-3C型pH计(上海仪电科学仪器股份有限公司)；DFL-101S型集热式恒温加热磁力磁搅拌器(巩义市予华仪器有限公司)。硫酸亚铁，硫酸铁，三氯化铁均为分析纯(天津市光复科技发展有限公司)，苯胺为分析纯(广州新建精细化工厂)。

1.2 实验方法

1.2.1 生物炭的制备

取出一定量的麻风树种子壳，加入一定量的磷酸溶液，浸泡24h，倾倒酸液，用蒸馏水反复冲洗至中性，放入恒温鼓风干燥箱中在80℃下干燥8h，移至马弗炉在600℃下烘烤1h，用研卜将烧好的炭捣碎，用60目筛子筛选细小粉末颗粒放好备用。

1.2.2 磁性生物炭的制备

秤取制备好的生物炭9g，加入100mL的Fe2+溶液和100mL的Fe3+溶液和条形磁铁，在室温下利用磁力搅拌器搅拌半个小时，于恒温65℃水浴中快速搅拌，缓慢滴加1mol/LNaOH溶液调节pH=10～11搅拌60min，移至80℃水浴条件下层化2h。取出恢复至室温，用蒸馏水洗涤至洗涤液为中性后进行抽滤，再将放到干燥箱中在60℃干燥6h，用强力磁铁把有磁性和没磁性的区分开来，把有磁性的装好备用。

1.2.3 吸附平衡实验

称取一定量的磁性生物碳，添加初始浓度为C0，体积为V的含苯胺的模拟废水，于恒温水浴锅中在一定温度下震荡一定时间(t)。根据公式计算出磁性生物炭吸附苯胺的吸附量Q(mg/g)。

式中：C0为苯胺溶液的开始质量浓度(mg/mL)；Ct为吸附剂吸附的时间t之后的苯胺的质量浓度(mg/mL)；V为溶液的体积(mL)；m为加入磁性生物碳的量(g)。

2 结果与讨论

2.1 投加量对吸附效果的影响

通常吸附剂的量越大吸附的效果越好，但成本也会增加。磁性生物炭的投加量越大其相对吸附量降低，投加量在0.3g以上时，吸附量随着投加量的增加而吸附量降低明显减少，其可能原因跟吸附平衡浓度有关，投加量大平衡浓度越低。但在实际应用中，除了要在满足排放达标，还要考虑磁性生物炭的成本，结合实际的经济效益，要合理地选定用量。因此结合上述因素，选择磁性生物炭的投加量为0.1g最佳。

图1 投加量对吸附效果的影响

2.2 初始浓度对吸附效果的影响

由图2可知，随着苯胺的初始浓度不断增加，吸附量也不断增大，当苯胺浓度到达200mg/L以后，吸附量减缓，甚至达到平衡状态。其原因是吸附剂表面所能吸附的物质的量是一定的，会达到一个饱和的状态即饱和浓度，此时磁性生物炭达到一个动态吸附的平衡状态，苯胺将不会被该吸附剂吸附[2]。选取浓度为200mg/L时吸附剂的吸附效果最佳。

图2 初始浓度对吸附效果的影响

2.3 吸附时间对吸附效果的影响

吸附时间是吸附剂的一个重要参数，在图3中前90 min吸附剂能快速吸附，原因是有大量的吸附位点在吸附剂的表面上，这些位点可以让苯胺附着在上面，从而让苯胺顺利的被吸附[3]。而在90-135 min这段时间吸附比较缓慢，原因是大量的吸附位点已经被高浓度的苯胺占据，所以吸附进行缓慢。当吸附时间为165min时，吸附点基本已经被苯胺占据完，即随着时间的增加吸附量也不会再增加，达到最大的吸附达量。因此，最佳吸附时间为165min。

图3 吸附时间对吸附效果的影响

2.5 溶液pH对吸附效果的影响

不同的pH值，磁性生物炭吸附剂的吸附效果是有差异。从图4中溶液的pH值在3到6之间时，其吸附效果显著，即吸附量下降比较快。而pH值大于6后，其吸附量没有多大变化。主要原因是苯胺属于弱碱性离子化合物，处于一定pH值范围中能产生电离现象，其以分子的形态存在酸性条件下，而以离子形态存在碱性条件下。当苯胺在不以离子形态存在时，其疏水性极好，因此溶液的pH越小，苯胺的非离子形式越多，使得生物炭更易于将苯胺吸收[4]。故在pH为3时，效果最好。