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      活性炭吸附法在電鍍廢水處理中的應用

      發(fā)布時間:2021-07-08點擊:

      摘要:采用活性炭吸附法處理含鉻電鍍廢水,研究活性炭吸附效率及工況參數(shù),得到在一定條件下的吸附較佳PH值、吸附平衡時間、吸附等溫方程式及穿透曲線,用氫氧化鈉溶液再生處理活性炭能得到很好的效果。

      在工業(yè)生產(chǎn)中,電鍍是必不可少的環(huán)節(jié),隨著電鍍業(yè)的迅猛發(fā)展,大量的電鍍廢水對人類環(huán)境造成越來越嚴重的危害。在含鉻電鍍廢水中,含有大量鉻(VI)及少量的金屬陽離子和陰離子,如不經(jīng)處理直接排放,將造成嚴重的水環(huán)境污染。對含鉻廢水處理,目前主要采用生物法、離子交換法、化學還原法、電解法、化學沉淀法、電滲析法和吸附法。其中吸附法因操作簡單、投資省、處理效果好而被較多應用。

      本實驗綜合靜態(tài)法和動態(tài)法,在大量實驗研究的基礎上,得出處理的較佳工藝條件;吸附PH<4,吸附平衡時間5h,吸附等溫方程q=9.95C0.362,吸附容量0.347L廢水/g活性炭,活性炭再生以20%氫氧化鈉溶液浸泡3h。

      1 實驗部分

      1.1 實驗原理

      1.1.1 化學吸附

      活性炭具有的性質(zhì)就是在活性炭表面上存在大量的含氧基因,如羥基—OH、甲氧基—OCH3(在制造時引入)等,不單純是游離碳,而是含碳量多,分子量大的有機分子凝聚體,基本上屬于苯核的各種衍生物。當PH=3~4時,由于上述含氧基因的存在,使微晶分子結構產(chǎn)生了電子云,由氧向苯核中碳原子方向偏移,使羥基上的氫具有較大的靜電引力(正電引力),因而能吸附Cr2072-或Cr2042-等負離子,形成了一個相對穩(wěn)定的結構,即:RC-OH+Cr2O2-7→RC-O...H+...Cr2O2-7

      結構式中的箭頭表示電子云密度移動的方向,可見活性炭對Cr6+有明顯的吸附效果。

      活性炭對鉻除有吸附作用之外,還有還原作用。在酸性條件下(PH<3),活性炭可將吸附在表面的Cr6+還原為Cr3+,其反應式是:

      3C+4CrO42-+2OH+→3CO2↑+4Cr3++10H2O

      1.1.2 物理吸附

      活性炭具有非常多的微孔結構和巨大的比表面積,通常1g活性炭的表面積達700~1700m2,因而具有很強的物理吸附力,能有效地吸附廢水中的六價鉻離子(Cr6+)。

      1.2 實驗材料與裝置

      1.2.1 實驗廢水

      本實驗所用廢水取自某機械廠電鍍廢水,其水質(zhì)主要成分見表1。

      表1 廢水成分

      項目 指標(mg/L)
      Cr6+ 270-300
      Fe2+、Fe3+ 0.21-0.28
      Ni2+ 0.10-0.23
      PH 2.4-3.0

      1.2.2 儀器與試劑

      7200型分光光度計、電子天平、振蕩器、活性炭(顆粒和粉狀)、重鉻酸鉀、硫酸、氫氧化鈉。

      1.2.3 吸附柱

      如圖1所示,采用小型玻璃柱(φ=40mm,h=300mm)加入一定量活性炭,充當固定床層,控制廢水流量,使廢水通過布水器均勻通過床層,進行常壓過濾吸附,收集不同時間濾出液,測定其中鉻含量,其測定方法采用二苯碳酰二肼分光光度法。

      活性炭吸附法在電鍍廢水處理中的應用

      2 結果與計論

      2.1 PH值對處理效果的影響

      先用去離子水從吸附柱上端注入,將活性炭濾層完全濕潤。用0.5%H2SO4溶液和0.5的NaOH溶液調(diào)節(jié)廢水PH分別為2.0、4.0、6.0、8.0、10.0、12.0,讓其分別通過活性炭吸附柱,每兩次操作之間用去離子水清洗。取流出液,測定其Cr6+含量,與廢水中原Cr6+含量比較,得到不同的去除效率,如圖2所示。

      活性炭吸附法在電鍍廢水處理中的應用

      由圖2可以得出,PH值控制在少于4的酸性范圍,含鉻廢水中有大量的Cr2072-離子,在較強的酸性條件下,和活性炭的有效吸附成分形成較為穩(wěn)定的化合物;隨著PH值加大,水溶液中OH -濃度加大,加大了化合物的離解度,降低了活性炭對Cr6+的吸附,本實驗確定吸附較佳PH<4。

      2.2 吸附平衡時間測定

      在盛有含鉻廢水25ml的三角瓶中,加入相同量(0.8g)的活性炭(粉末),調(diào)節(jié)PH=2.5,置于振蕩器上,分別振蕩1.0、2.0、3.0、4.0、5.0、6.0、7.0h,測定上層清液Cr6+含量,結果如圖3。

      活性炭吸附法在電鍍廢水處理中的應用

      對于廢水處理中的吸附,發(fā)生在液固相界面上,且屬多層物理吸附,隨吸附時間加大,吸附過程更加充分,Cr6+去除率逐漸加大,至5h后,吸附層達到飽和,吸附和解吸速度達到平衡,Cr6+去除率不再加大,本實驗測定吸附平衡時間為5h。

      2.3 吸附等溫線

      在盛有含鉻廢水25ml的三角瓶中,分別加入不同量的活性炭(粉末),調(diào)節(jié)PH=2.5。置于振蕩器上振蕩5h,測定上層清液Cr6+含量,作活性炭用量與Cr6+去除率關系曲線,見圖4。

      活性炭吸附法在電鍍廢水處理中的應用

      再作單位活性炭的吸附量q與上層清液Cr6+含量C的對數(shù)關系曲線,即為吸附等溫線,見圖5,其中q表示單位質(zhì)量活性炭可吸附Cr6+的量(mg/L),C表示振蕩后清液Cr6+含量(mg/L)。

      活性炭吸附法在電鍍廢水處理中的應用

      在中等壓力范圍內(nèi),靜態(tài)法吸附符合Freundlich方程,k表示一定溫度下,廢水中Cr6+為單位濃度時,單位質(zhì)量活性炭的吸附量;n表示吸附過程的難易程度。本實驗得出活性炭吸附含鉻電鍍廢水的Freundlich方程為q=9.95C0.362。

      2.4 穿透曲線的測定

      采用顆粒狀活性炭柱,粒度30~50目,活性炭用量22.5g,廢水濃度為34.5mg/L,PH=2.50,過濾吸附時間20h,廢水流量控制為10m1/min,測定濾出液中Cr6+含量,穿透曲線見圖6、圖7。

      活性炭吸附法在電鍍廢水處理中的應用

      活性炭吸附法在電鍍廢水處理中的應用

      曲線圖6、圖7可以得出,當吸附時間t=13h時,Cr6+去除率為86.5%,t=14h時,去除率為74. 7%,t=15h時,去除率下降至58.1%。實驗測得顆數(shù)炭動態(tài)吸附容量為0.346L廢/g活性炭,相當于每克活性炭吸附11.95mg Cr6+

      2.5 活性炭再生

      活性再生常采用加熱、酸浸泡、堿浸泡等方式。

      本法采用堿處理再生活性炭。其原理為:當溶液的PH>6時,原活性炭表面的吸附位置全被OH-奪取,活性炭對Cr6+的吸附明顯下降,甚至不吸附。反應式為:

      吸附:RC-OH+Cr2O-27→RC→O...H+...Cr2O-27

      解吸(PH>6):RC-OH+OH-→RC→O...H+...OH-

      實驗結果如表2所示:

      表2 活性炭再生處理

      再生方法 再生時間(h) 去除率(%)
      20%NaOH浸泡 2 81.4
      3 84.2
      4 84.3
      5 84.2

      3 結論

      經(jīng)過實驗得出較佳工藝條件為:PH<4;平衡吸附時間為5h;吸附等溫方程式q=9.95C0.362;穿透時間為13h;吸附容量0.346L廢水/g活性炭,相當于11.95mgCr6+/g活性炭,可用20%NaOH再生活性炭,可取得較滿意的效果。

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