核桃壳活性炭吸附甲基橙的性能研究.docx

官方网址： 核桃壳活性炭吸附甲基橙的性能研究染料废水是目前最主要的水体污染源之一因其色度深、有机污染物含量高、性质稳定、不易生物降解，且染料组分排入水体会造成透光率降低而导致水体生态系统被破坏，因此，染料废水成为难处理的工业废水活性炭在水处理领域应用广泛，尤其适用于工业废水处理、污水深度处理等领域然而，传统的活性炭主要以煤或木材为原料，不利于石油和森林资源的保护，且价格昂贵，其应用受到一定程度的限制核桃壳是一种固定碳和挥发分含量较高而灰分较少的含碳物质，用核桃壳制备出高性能的活性炭，是很有价值的事情，一方面让核桃壳不再只是农林废弃物，有了它的利用价值; 另一方面也为活性炭找到了新的大量的原材料，可以节省木材和煤资源，缓解能源问题本文以核桃壳为原料，采用氯化锌化学活化法制备活性炭，研究活性炭对甲基橙的吸附性能，为废弃核桃壳的综合开发利用提供实验依据，为核桃壳活性炭的工业化生产提供参考1 实验部分1. 1 材料与仪器甲基橙，指示剂; 氯化锌、盐酸、NaOH 均为分析纯; 核桃壳，市售FA2004B 型电子天平; DHG-9070 型电热恒温干燥箱; WFJ7200 型可见光光度计; SHA-B 型恒温振荡器; SXL 型程控箱式电炉; DS-7250 型高速多功能粉碎机。

1． 2 核桃壳活性炭的制备核桃壳洗净、烘干、粉碎，与质量浓度 40% 的氯化锌溶液按料液比1;2.5g /mL 混合，充分搅拌，浸泡活化 14 h官方网址： 将料液移至坩埚中，放在程控箱式电炉中烧制， 300 ℃炭化 80 min，600 ℃活化 50 min 后立即取出，冷却用质量浓度 1% 稀盐酸除灰，再用蒸馏水洗涤至 pH 值为 7随后倒入干净的烧杯中，在电热恒温干燥箱内 120 ℃下干燥至恒重，研磨，过 200 目筛，即得核桃壳活性炭1． 3 吸附实验取模拟废水 200 mg/L 甲基橙溶液 50 mL，置于 150 mL 锥形瓶中，加入0.15 g 核桃壳活性炭，密封将锥形瓶置于恒温振荡器中，在 40 ℃以 120 r /min 振荡吸附 90 min过滤，滤液用 3 cm 的比色皿于波长 459 nm 处测定吸光度( 当吸光度＞ 1 时进行适当的稀释) ，通过甲基橙标准曲线确定滤液中剩余甲基橙的浓度，计算吸附率平行 3 次，取平均值吸附率=(( C0 － Ct)/C0 )× 100%式中 C0———吸附前甲基橙溶液的初始浓度，mg /L;Ct———吸附后甲基橙溶液的浓度，mg /L。

1． 4 标准曲线绘制1． 4． 1 绘制甲基橙吸收曲线称取 50mg 甲基橙于小烧杯中，加水溶解转移至 500mL 容量瓶中，用蒸馏水稀释至刻度，摇匀，配成 0.1g /L 的甲基橙溶液使用 3 cm 比色皿，以蒸馏水为参比溶液，用分光光度计在 420 ～ 560 nm 波长区间测定甲基橙溶液的吸光度( 当吸光度＞ 1 时进行适当的稀释) 间隔 20 nm 测一个点，在吸光度较大的波长附近每间隔 2 nm 测一个点以波长为横坐标，吸光度官方网址： 为纵坐标，绘制甲基橙吸收曲线，见图 1由图 1 可知，波长 459nm 有甲基橙的最大吸收在 459nm 处绘制甲基橙标准曲线1. 4. 2 绘制甲基橙标准曲线准确称取 10 mg 甲基橙于小烧杯中，加水溶解转移至 50mL 容量瓶中，用蒸馏水稀释至刻度，摇匀，得甲基橙浓度 20 mg /L 标准溶液分别吸取甲基橙标准溶液 1.0，2.0，3.0，4.0，5.0，6.0mL 于 6 只 50mL容量瓶中，用蒸馏水稀释至刻度，摇匀使用 3 cm 比色皿，蒸馏水为参比溶液，在波长 459 nm 处测量各溶液的吸光度以甲基橙浓度为横坐标，吸光度为纵坐标，绘制甲基橙标准曲线，见图 2。

由图 2 可知，在 0.4 ～ 2.4 mg /L 范围内，甲基橙浓度与吸光度呈线性关系，标准曲线方程为:y =0.214 1x + 0.008，R2 = 0.99992 结果与讨论2． 1 吸附剂用量对吸附效果的影响在 25 ℃下按 1． 2 节的条件进行实验，吸附剂用量对吸附率的影响，见图 3官方网址： 由图 3 可知，吸附率随着核桃壳活性炭用量的增加显著增加，吸附剂用量 0.15 g 时，吸附率达 93.67%，此后继续增加吸附剂用量，吸附率增率趋于平稳因此，吸附剂用量以 0.15g( 3g /L) 为宜，过量加入吸附剂会造成浪费2． 2 吸附时间对吸附效果的影响实验条件同 2.1 节，吸附时间对吸附率的影响见图 4由图 4 可知，吸附率随吸附时间的增加而增加，吸附时间 90 min 时，吸附率达98.82%; 超过 90 min 后，吸附率趋于平稳因此，最佳吸附时间 90 min2． 3 温度对吸附效果的影响实验条件同上，温度对吸附率的影响见图 5由图 5 可知，温度低于40℃时，吸附率随温度的升高而增大; 温度＞ 40℃时，吸附率随着温度升高而小幅度减小温度过高，吸附-解吸平衡向解吸方向移动，故使得吸附率下降。

因此，最佳吸附温度 40℃2． 4 正交实验官方网址： 在单因素实验基础上，对吸附剂用量、温度、吸附时间 3 个因素进行正交实验，结果见表 1由表 1 可知，3 个因素的影响顺序为: 吸附剂用量＞ 吸附时间＞ 温度，优水平组合为 A3B3C3，即吸附剂用量 0.25g，温度 45 ℃，吸附时间 105 min对该实验条件做 3 组平行实验，平均吸附率达 99.76%2．5 活性炭吸附剂再生实验官方网址： 采用热再生法进行活性炭再生取 2.0g 活性炭于最佳实验条件下吸附200mg /L 的甲基橙模拟废水，过滤，取滤液测溶液吸光度得出吸附率滤渣( 吸附饱和活性炭) 经脱水、干燥，于约 800 ℃高温炭化活性炭 1 h，除去吸附在活性炭上的甲基橙，提高温度 800~1000 ℃重新活化 1h，冷却，即得再生后的活性炭，称重再以再生活性炭做吸附实验，求其吸附率反复再生 3 次，结果见表2由表 2 可知，热再生活性炭吸附效果较高，但随着再生次数的增加，再生后活性炭吸附率逐步下降热再生活性炭损失率较高，最高达 52.31%3 结论以核桃壳为原料制得的活性炭吸附甲基橙模拟废水的最佳条件为: 50 mL 浓度 200 mg /L 废水，活性炭吸附剂用量 5 g /L，吸附时间 105 min，吸附温度 45 ℃。

在此条件下，核桃壳活性炭对甲基橙模拟废水的吸附率达 99． 76%核桃壳活性炭对甲基橙的吸附规律满足 Langmuir 吸附等温模型核桃壳活性炭热再生率高，效果良好。