活性炭纤维吸附法脱除废水中对氯苯酚及吸附剂的再生

1、第33卷第1期辽 宁 化 工Vol.33,No.1 2004年1月Liaoning Chemical Industry January,2004科学研究 活性炭纤维吸附法脱除废水中 对氯苯酚及吸附剂的再生 范俊刚,王红心,王祝敏,李 平(沈阳化工学院,辽宁沈阳110142摘 要: 采用活性炭纤维(ACF处理对氯苯酚(PCP模拟废水,通过静态和动态吸附研究,测定了吸附等温平衡线、动态突破曲线,并研究了ACF对PCP的吸附速率。结果表明,ACF对PCP的吸附容量较大,吸附平衡关系服从Lan gmui r型吸附等温线;吸附速率快;吸附达饱和的AC F用NaOH溶液再生,解吸速率很快,再生后吸附容量基

2、本不变。关 键 词: 活性炭纤维;对氯苯酚;吸附;再生中图分类号: TQ425.1 文献标识码: A 文章编号: 10040935(20040100103酚类化合物广泛存在于石油化工厂、树脂厂、焦化厂、炼油化工厂等排放的含酚废水中,它能与生物活体的蛋白质结合使其变性,最终引起组织损伤、坏死,导致生物中毒。因此,开发经济有效的脱除废水中酚类化合物的工艺是非常有意义的。含酚废水的处理方法一般分为物化法、化学法和生化法3大类。物化法包括溶剂萃取法、吸附法、液膜法等。从环境和经济效益两个角度考虑,水处理技术应尽量首先考虑兼顾资源回收利用与废水处理达标排放的技术。吸附法是一种操作简便、可实现废水中有用资

3、源回收利用,对高、低浓度废水均适用的物理化学方法。但若吸附剂再生性能差、价格贵,则很难在实际水处理中普遍应用。活性炭纤维(ACF是20世纪70年代发展起来的新型高效吸附剂,与目前常用的粉末或颗粒状活性炭相比,它具有吸附容量大,吸附和解吸速率快,再生条件温和、操作性能强等优点。近年来在水处理中的应用研究逐渐增加。本文以ACF 为吸附剂,研究了AC F对水溶液中对氯苯酚的吸附与解吸过程。1 实 验1.1 实验材料及试剂(1吸附剂 鞍山活性炭纤维厂生产的粘胶基AC Fs。ACF纤维直径大约16 m(光学显微镜测定,密度812kg/m3,孔隙率为0.59。N2-BE T 比表面积、微孔容积分别由ASA

4、P2400测定为902 m2/g、0.46mL/g;而微孔(孔径小于1.7nm的比表面积和微孔容积分别为862m2/g、0.41mL/g。总的酸性基团和碱性基团分别为0.2532mmol/g 和0.3972mmol/g。(2对氯苯酚溶液 采用分析纯的对氯苯酚(PCP、蒸馏水配置而成。(3不同浓度NaOH溶液。1.2 测试方法水溶液中对氯苯酚的含量通过UV754紫外可见光分光光度计测定。1.3 实验方法(1采用瓶点试验方法,将不同质量的ACF 碎块(同样形状大小分别置于编号锥形瓶中,加收稿日期: 2003 10 11作者简介: 范俊刚(1976-,男,助教,在读硕士。入相同体积的质量浓度一定的P

5、CP 溶液,恒温震荡足够的时间(约4h后分离,取上清液测定PCP 平衡浓度,得到AC F 对PCP 的吸附平衡等温线。(2称取一定质量的AC F 碎块置于锥形瓶中,加入一定质量浓度的对氯苯酚溶液,恒温震荡,每隔一定时间测定一次溶液浓度,得到吸附时间与吸附速率的关系。(1恒温条件下,一定浓度的PCP 溶液以恒定的流速由填充床的顶端流入ACF 填充床,相同时间间隔测定底端出口PCP 浓度,得到AC F 填充床对PCP 溶液的吸附突破曲线。(2吸附达饱和后,改用Na OH 溶液进行再生,再生后的ACF 循环使用。2 结果与讨论2.1 吸附平衡等温线图1为25 、30 、40 下ACF 吸附水中PCP

6、 的吸附等温线。由图可看出,AC F 对PCP 的吸附在低温时较有利,随温度的升高,对氯苯酚在水中的溶解度升高,在吸附过程中表现为吸附容量随温度的升高而降低。当PCP 的平衡浓度变化范围为00.4kg/m 3时,活性炭纤维吸附水中对氯苯酚的最大吸附平衡量可达到259mg/g (吸附剂 。图1 活性炭纤维吸附氯苯酚水溶液的吸附平衡等温线平衡曲线用Langmuir 方程回归,利用最小二乘法回归得到的方程计算得到相应模型参数值见 表1。表1 PCP 在ACF 上的Langmuir 模型参数0.218818290.52772.2 活性炭纤维对氯苯酚的吸附速率曲线图2显示出由于ACF 表面分布有丰富的微

7、孔,对氯苯酚的吸附速率较快,吸附速率随时间的增加而递减,继续增加吸附时间,平衡浓度基本无变化。图2 对氯苯酚在活性炭纤维上的吸附速率曲线2.3 活性炭纤维填充床的突破曲线图3 活性炭纤维填充床吸附突破曲线(改变床层高图4 活性炭纤维固定床吸附突破曲线(改变流速2 辽 宁 化 工 2004年1月由图3可知,在浓度、温度、流量均一定的情况下,床层长度短,较早出现突破,而且突破时间更短。这是由于吸附剂质量越小,总吸附量越小,达到平衡的时间越短。由图4可知,在浓度、温度、流量均一定的情况下,流量越大,越早突破,且突破时间越短。这是由于流量越大,返混程度越小,对吸附影响越小,使吸附平衡时间越短。2.4

8、饱和氯苯酚的活性炭纤维再生本试验用5%氢氧化钠溶液在30 下再生吸附饱和的ACF,使有机吸附物解吸而去除。图5比较了几乎相同实验条件下的第1次使用的活性炭纤维填充床和1次、2次、3次再生后脱除氯苯酚的能力。可以看出,经3次再生,吸附容量几乎不变,3次再生后ACF 损失很小,再生效率可达86% 以上。图5 活性炭纤维填充床再生前后吸附突破曲线比较3 结 论(1对氯苯酚在活性炭纤维上的吸附容量大,吸附速度快。PC P 的平衡吸附量随温度升高而降低。Langmuir 方程能较好地反映PCP 在ACF 上的吸附等温线。(2吸附速率随时间的增加而递减,吸附时间存在较优值。(3床层高度、液体流速均对突破曲

9、线有很大的影响,在溶液浓度、温度、流量均一定的情况下,较短的床层长度,较高的进料流速,都将使ACF 填充床更快突破。(4吸附PCP 达饱和的ACF 用热的Na OH 溶液再生,吸附容量几乎不变,再生效率可达86%以上。参考文献1 Ping Li.Competive adsorpti on of phenolic co mpounds onto acti vated carbon fi bers in fixed bed.Journal of Envi ronmental Engi neering,2001:730-7342 王红心,等.活性炭填充床脱除水中苯酚及填充床的再生J.辽宁化工,200

10、1.30(12:511-5133 甘五鹏,等.活性炭吸附法脱除废水中的苯酚及吸附剂再生的研究J.辽宁化工,1999.28(6:337-3394 张兵.活性炭纤维填充床吸附法脱除水中苯和氯苯及其再生的研究(硕士学位论文.沈阳,沈阳化工学院,20035 姜军清,等.活性炭纤维处理含酚废水的研究J.工业水处理,2001,21(3:20-226 叶李艺,等.对氯苯酚在活性炭上的吸附与脱附工艺J .厦门大学学报(自然科学版,1998,37(4:542-546Study on Removal of p -Chlorophenol from Waste Water by Adsorptionon Activ

11、ated Carbon Fibers and Regeneration of the AdsorbentFAN Jun gang,WANG Hong xin,W ANG Zhu min,LI Ping (Shenyang Insti tute of Chemical T echnology,Shenyang 110142,ChinaAbstract:The experi ment that activated carbon fiber (ACFwas used to treat p-chlorophenol (PCPwaste water was studied.Adsorp tion iso

12、therm and dynamic adsorption breakthrough curve were determined.The effects of temperature,flow rate ,the bed length on adsorption efficiency were s tudied.The result indicated that the adsorption capacity of ACF for PC P was favorable and the adsorption ve locity was fast.The adsorption isotherm data can be rep resented by Langmuir is