活性炭纤维处理丙烯酸废水的研究

1、第 35卷第 3期2006年 3月应 用 化 工App lied Che m ical I ndustryVol . 35No . 3M ar . 2006收稿日期 :2005207226作者简介 :郑言波 (1975- , 男 , 湖北武汉人 , 华中科技大学在读硕士研究生 , 师从陆晓华教授 , 从事水处理技术和环境监测研究工作 。 电话 :(027 62513790, E 2mail:boerqin163. com 活性炭纤维处理丙烯酸废水的研究郑言波 , 杨 海 , 苏明伟 , 袁松虎 , 王琳玲 , 陆晓华(华中科技大学 环境科学研究所 , 湖北 武汉 430074摘 要 :采用活性

2、炭纤维对丙烯酸模拟废水进行静态和动态吸附研究 , 测定了吸附等温线和动态穿透曲线 , 并且研 究了吸附平衡时间 、 温度 、 pH 值对处理效果的影响 。 结果表明 , 温度升高 , 吸附效率有所降低 ; 溶液 pH 在 34范 围内对吸附效率影响不大 ; 吸附时间存在最佳值 , 最佳吸附时间 6m in 。吸附饱和的活性炭纤维用 Na OH 溶液再 生 , 重复使用 3次 , 吸附效率无明显变化 。 关键词 :活性炭纤维 ; 丙烯酸废水 ; 吸附 ; 再生中图分类号 :X 703 文献标识码 :A 文章编号 :1671-3206(2006 03-0198-03Study on the tre

3、at ment of d ZHEN i 2w YUAN S ong 2hu, WAN G L in 2ling, LU X iao 2hua(Envir on I nstitute, Huazhong University of Science and Technol ogy, W uhan 430074, China Abstract:Activated carbon fiber (ACF was used t o treat crylic acid waste water . Ads or p ti on is other m and dyna m ic ads or p ti on cu

4、rve were deter m ined . I nfluencing fact ors, such as ads or p ti on ti m e, te mperature, pH value were studied . The results indicated that ads or p ti on efficiency decreased slightly with increase of the te mperature, pH value had scarcely effect on ads or p ti on efficiency bet w een 3and 4, t

5、he op ti m um ti m e was 6m in . Saturated ACF regenerated by s odiu m hydr oxide had hardly difference in ads or p ti on thr ough 3cy 2cles .Key words:activated carbon fibers; crylic acid waste water; ads or p ti on; regenerated 活性炭纤维 (ACF 亦称纤维状活性炭 , 是 20世 纪 70年代后期发展起来的一种新型高效活性吸附 材料和环保工程材料 , 特点是比表面

6、积大 、 微孔含量 丰富 、 孔径分布窄 、 吸脱附速度快 、 再生能力强 , 而且 导电 、 热膨胀系数小 、 耐腐蚀 、 吸附性能和吸附动力 学行为比活性炭更优异 , 并有毡 、 布 、 纸等多种加工 形态 , 可适应不同用途的需要 。随着 ACF 的发展 , 近来有不少关于利用 ACF 处理对氟硝基苯废水 1和含酚2, 3、 含镉4废水的研究报道 。但目前国内外关于利用 ACF 处理丙烯酸废水及丙烯酸的回收 还未见有报道 。丙烯酸是一种重要的化工原料 。 粗丙烯酸用于 生产应用在颜料 、 造纸 、 纺织 、 粘合剂 、 专用涂料和油 墨等领域的丙烯酸酯及其它衍生物 ; 蒸馏丙烯酸主 要用

7、于生产超高吸水性聚合物 , 其最大用途是一次 性婴儿尿布以及洗衣粉配方用洗涤剂聚合物 , 少量 用于生产增稠剂 、 分散剂和流变学控制剂用聚丙烯 酸酯 。 丙烯酸废水中含有较高浓度的可回收利用的丙烯酸 。 对丙烯酸废水的处理 , 不但治理了废水 , 而 且实现资源回收及再利用 , 符合循环经济的原则 。本文研究活性炭纤维处理低浓度丙烯酸废水及 回收废水中丙烯酸的技术 。研究发现 , 利用活性炭 纤维能够有效的吸附废水中的丙烯酸 , 经 Na OH 再 生后 , ACF 可以重复使用 , 废水中的丙烯酸可以回 收利用 , 具有较好的经济价值 。1 实验部分1. 1 试剂与仪器 毛毡状活性炭纤维

8、, 工业品 ; 丙烯酸 、 氢氧化钠 、 盐酸均为分析纯 。CARY 50Pr obe UV 2visible Spectr opHot ometer,美国 Varian 公司 ; CS501型超级恒温器 ; 电子天平(0. 1mg ; PHS 225型 pH 计 ; 恒温振荡器 。 1. 2 实验方法以丙烯酸水溶液为模拟废水 , 分别进行静态吸 附和动态吸附研究和吸附剂的再生研究 。 1. 2. 1 吸附等温线 称量质量不同的活性炭纤维 ,第 3期 郑言波等 :活性炭纤维处理丙烯酸废水的研究分别置于 250mL 的碘量瓶中 , 加入浓度为 0. 42g/L的丙烯酸溶液 , 上面用聚乙烯封口

9、, 放到恒温振荡器中 , 温度为 25 , 振荡 24h 后静置片刻 , 取其上清液 , 测定其中丙烯酸的平衡浓度 。1. 2. 2 静态吸附条件试验 称量 0. 5001g 的活性炭纤维 , 分别置于 250mL 的碘量瓶中 , 改变吸附时间 ; 把碘量瓶分别放到 15、 20、 25、 35、 40 的恒温水浴中 , 振荡 10m in; 改变 pH 值等实验条件 , 进行静态吸附试验 , 分别测定其中丙烯酸的平衡浓度 。1. 2. 3 动态吸附和脱附试验 浓度为 0. 42g/L的丙烯酸溶液 , 以一定流速由吸附柱顶端进入活性炭纤维吸附柱 (吸附柱内径为 2. 5c m , 高度 9.

10、0c m ,活性炭纤维的填充量 5. 7121g ,Na OH 再生 ,1. 3 分析方法采用紫外分光光度法 。2 结果与讨论2. 1 静态吸附 吸附过程是非均相过程 , 一般经历三个阶段 ,即 :膜扩散阶段 、 孔扩散阶段及吸附反应阶段 。 吸附速率主要受膜 、 孔扩散速率控制 。影响吸附的主要因素有吸附剂的特性 、 吸附质的特性和操作条件 , 其中吸附剂的特性可从吸附等温线得到评价 , 并根据吸附容量 , 确定吸附剂用量 , 操作条件主要为废水的pH 值和停留时间 。2. 1. 1吸 附 等 温 线 丙 烯 酸 的 初 始 浓 度 为0. 38g/L,体积 110mL, 25 下恒温振荡吸

11、附 24h,结果见表 1。表 1 吸附等温线Table 1 Adsorpti on isother mACF 质量 /g平衡质量浓度 C e /(g L -1 平衡吸附量 q e /(mg g -10. 35130. 2928. 180. 23860. 3229. 510. 13840. 3430. 200. 47390. 2726. 93 由表 1可知 , 活性炭纤维对丙烯酸吸附效果显著 , 吸附后丙烯酸的平衡浓度在 0. 270. 34g/L,吸附容量在 2730mg/g,1/n =0. 425, 说明活性炭纤维对低浓度丙烯酸的吸附极易进行 。 以 l og q e 为纵坐标 , l og

12、 Ce为横坐标 , 通过最小二乘法回归 , 发现 l og q e 与 l og Ce呈直线关系 (见图1 。 图中 ACF 吸附丙烯酸符合弗雷德雷希吸附等温式 q e =2. 53C e 0. 425 。图 1 吸附等温线Fig . 1 Ads or p ti on is other m2. 1. 2 100mL 浓度为 0. g/Lg ACF, 在 25 , m in, , 结果见图 2 图 2 吸附平衡曲线Fig . 2 Ads or p ti on equilibriu m由于 ACF 对丙烯酸的吸附是一个物理吸附过 程 , 吸附的效果主要受 ACF 的影响 , 而 ACF 表面有 丰

13、富的微孔 , 因而 ACF 对丙烯酸的吸附很快就达到 平衡 。 由图 2可知 , ACF 对丙烯酸的吸附在 6m in 时已经达到平衡 , 吸附率为 38%, 再增加吸附时间 , 丙烯酸的浓度基本没有变化 。2. 1. 3 温度对吸附的影响 在盛有 100mL 浓度为 0. 42g/L丙烯酸的碘量瓶中加入 0. 5001g ACF, 分 别放到 15、 20、 25、 35、 40 的水浴中 , 振荡 10m in 。 静置片刻后 , 测定丙烯酸的平衡浓度 , 结果见表 2。 表 2 温度对吸附率的影响Table 2 I nfluence of te m pera ture on adsorp

14、ti on eff i c i ency 温度 / 丙烯酸平衡浓度 /(g L -1 吸附率 /% 150. 2248200. 2443250. 2540350. 2833400. 3029 由表 2可知 , 温度升高时 ACF 对丙烯酸的吸附 率有所下降 , 主要是由于 ACF 对丙烯酸的吸附是一 个放热反应 , 因而当温度升高时不利于吸附反应的 进行 。991应用化工 第 35卷2. 1. 4 pH 值对吸附的影响 在 100mL 浓度为 0. 42g/L的丙烯酸中 , 加入适量的 Na OH 溶液和盐 酸 , 控制丙烯酸中的 pH, 达到一定值后加入 0. 4878 g ACF, 在 2

15、5 下振荡 10m in, 静置片刻后测定其中 丙烯酸的浓度 , 结果见表 3。表 3 pH 值对吸附率的影响Table 3 I nfluence of pH va lue on adsorpti on eff i c i ency pH 值 丙烯酸平衡浓度 /(g L -1 吸附率 /% 3. 190. 26383. 820. 2833 4. 560. 36155. 800. 4207. 010. 4208. 210. 420 由表 3pH 5. 80时 , ACF 对 丙烯酸几乎没有吸附 。 主要是丙烯酸本身是一种弱 酸 , 当溶液中的 pH 值在中性和碱性条件下时 , 丙烯 酸主要以丙烯

16、酸根离子的形式存在 , 不被 ACF 吸 附 ; 因而利用 ACF 吸附丙烯酸 , 必须要在强酸性条 件下吸附 , 而解析 ACF 时 , 在碱性条件下进行 。 2. 2 动态吸附和脱附试验2. 2. 1 动态吸附试验 浓度为 0. 42g/L的丙烯 酸 , 以一定的流速通过吸附柱 , 每隔 50mL 测定出水 中丙烯酸的浓度 , 结果见图 3。图 3 丙烯酸动态吸附穿透曲线Fig . 3 Dyna m ic ads or p ti on curve of crylic acid由图 3可知 : ACF 对丙烯酸的吸附存在突跃 阶段 , 在 300mL 之前几乎没有漏吸 , 当穿透后 , 到

17、500mL 时 , ACF 迅速达到饱和 ; 由于丙烯酸在流 动过程中能够更充分的接触 ACF 中的微孔 , 因而动 态吸附速度要高于静态吸附速度 , 而且动态吸附容 量 (32. 36mg/g 也要高于静态吸附容量 。2. 2. 2 脱附再生试验 用浓度为 5%的 Na OH 溶 液再生吸附饱和的 ACF, 结果见图 4。 由图 4可知 , 利用 5%NaOH 溶液淋洗填充柱 4次后 , 丙烯酸的回收率达到 75%, 再进行淋洗丙烯图 4 回收率与淋洗次数曲线Fig . 4 Curves of recovery and leachates ti m es 酸的回收率没有改变 。说明利用 Na

18、 OH 溶液再生 ACF 时 , 4次即可以使 。将再生后的4I of regenera ti on ti m es onadsorpti on capac ity and recovery再生次数 /次 吸附容量 /(mg g -1 回收率 /% 032. 3681130. 1578228. 9670331. 2275 由表 4可知 , 利用浓度为 5%的 Na OH 溶液再 生吸附饱和丙烯酸的 ACF 效果很好 , 再生 3次 ACF 的吸附容量基本没有变化 , 回收率也比较稳定 。 3 结论 (1 利用 ACF 吸附低浓度的丙烯酸可行性好 , 吸附速度快 , 静态吸附容量为 28. 71mg/g, 动态吸 附容量为 32. 36mg/g。(2 ACF 对丙烯酸的吸附速度快 , 6m in 达到吸 附平衡 。(3 温度 、 pH 值对活性炭纤维的吸附影响比较 大 , 吸附要在酸性 、 低温的条件下进行 。(4 利用 Na OH 再生吸附饱和的活性炭纤维效 果好 , 再生 3次后 , 活性炭纤维的吸附容量基本上无 变化 。参考文献 :1 赵