對活性炭處理含酚廢水實(shí)驗(yàn)的探討

陸燕海 韓玲鮮

摘要：對活性炭處理含酚廢水實(shí)驗(yàn)中把溶液褪色現(xiàn)象簡單歸因?yàn)槲奖椒拥淖龇ㄌ岢鲑|(zhì)疑，并通過實(shí)驗(yàn)探討證明活性炭對苯酚、Fe3+ 等都有良好的吸附性能，進(jìn)而提出了活性炭處理含酚廢水實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)方案，提高了實(shí)驗(yàn)的科學(xué)性和嚴(yán)密性。

關(guān)鍵詞：活性炭；苯酚；酚鐵配合離子；吸附

文章編號：1005–6629（2013）9–0042–03 中圖分類號：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

含酚廢水是一種污染范圍極廣的工業(yè)廢水，煤氣廠、焦化廠、石油化工廠等在其生產(chǎn)過程中均會產(chǎn)生，若未經(jīng)處理直接排放會對環(huán)境等帶來嚴(yán)重危害。蘇教版《有機(jī)化學(xué)基礎(chǔ)（選修）》教材在“酚的性質(zhì)和應(yīng)用”中設(shè)置了“含酚廢水處理”的活動(dòng)與探究實(shí)驗(yàn)以及拓展視野欄目，旨在進(jìn)一步讓學(xué)生認(rèn)識含酚廢水的處理方法，培養(yǎng)學(xué)生將化學(xué)知識轉(zhuǎn)化為化學(xué)技術(shù)解決工業(yè)實(shí)際問題的能力，提高學(xué)生的技術(shù)素養(yǎng)。其中，“活動(dòng)與探究”的實(shí)驗(yàn)2為活性炭吸附苯酚方案，主要操作為：向6 mL含有苯酚的廢水中滴加幾滴FeCl3溶液……加入少量活性炭，振蕩后靜置，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

實(shí)驗(yàn)后的酚鐵鹽溶液紫色變淺（或褪去），現(xiàn)象對比明顯，教材欲以此說明活性炭對廢水中的苯酚具有吸附作用。但實(shí)際教學(xué)中學(xué)生有質(zhì)疑，把酚鐵鹽溶液的褪色原因只簡單歸為活性炭吸附苯酚——這樣的認(rèn)識不嚴(yán)謹(jǐn)，可能的解釋包括：（1）因吸附苯酚而褪色；（2）因吸附Fe3+而褪色；（3）因吸附酚鐵配合離子而褪色；（4）前面幾種可能性的綜合結(jié)果。為此，進(jìn)一步進(jìn)行實(shí)證探討。

1 實(shí)驗(yàn)用品

含苯酚的廢水（8000 mg·L-1），F(xiàn)eC13溶液（0.1 mol·L-1），稀鹽酸（0.1 mol·L-1），NaOH溶液（0.01 mol·L-1），濃溴水，活性炭，KSCN溶液（0.1 mol·L-1），K4[Fe（CN）6]溶液，15×150的試管數(shù)支，直徑3 cm的空氣過濾器（見圖1，網(wǎng)上有售，市場價(jià)一般3～10元/個(gè)），橡膠管（或輸液軟管），20 mL的注射器。

2 實(shí)驗(yàn)部分

[實(shí)驗(yàn)1] 活性炭吸附溶液中的Fe3+

步驟：

（1）向試管中加入一滴管0.1 mol·L-1的FeCl3溶液和8 mL蒸餾水，振蕩均勻，溶液呈淡黃色。然后等量分裝于兩支試管，分別編號為①、②。

（2）按圖2，將過濾器與注射器用橡膠管（或輸液軟管）連接好。拔出推桿，往注射筒中預(yù)加少量活性炭，并將試管①中溶液倒入。然后裝上推桿，充分振蕩FeCl3溶液與活性炭的混合物。

（3）緩緩內(nèi)壓推桿，經(jīng)過濾器分離出活性炭，將得到的澄清液（接近無色）盛放于試管③。與試管②對照，褪色效果明顯。

（4）繼續(xù)向試管②、③各加幾滴K4[Fe（CN）6]溶液，試管②溶液變?yōu)樯钏{(lán)色，試管③也明顯變藍(lán)，但較②要淺。

（5）取少量步驟（3）過濾器中的活性炭，先用5 mL蒸餾水洗，得洗滌液A；再用5 mL 0.1mol·L-1的稀鹽酸浸泡并加熱煮沸，分離出活性炭得洗滌液B。向A、B中各滴2滴K4[Fe（CN）6]溶液，B溶液的藍(lán)色較A明顯深得多。

結(jié)論：對比步驟（3）、（4）的現(xiàn)象，以及通過滴加K4[Fe（CN）6]溶液檢測步驟（5）中活性炭用鹽酸、加熱等方式解吸附后的濾液，都說明了活性炭對FeCl3溶液中的Fe3+ 具有一定的吸附效果。[實(shí)驗(yàn)2]活性炭吸附溶液中的苯酚步驟：

（1）取4 mL 含苯酚的廢水（8000 mg·L-1），逐滴滴加濃溴水，開始無明顯，加至28滴后觀察到有白色沉淀生成，但又立即溶解。

（3）向上述濾液中逐滴滴加濃溴水，立刻有白色沉淀產(chǎn)生，但隨之又溶解，至加入25滴后沉淀不再消失。

（4）取少量步驟（2）分離得到的活性炭，依次用5 mL蒸餾水和5 mL 0.01mol·L-1的NaOH溶液浸泡、充分振蕩，分別得濾液A、B。濾液A中滴加FeC13溶液不顯色，濾液B用鹽酸酸化后再加FeC13溶液出現(xiàn)明顯的紅色。

結(jié)論：通過步驟（1）、（3）現(xiàn)象的對比，綜合步驟（4）對活性炭表面苯酚解吸后的檢驗(yàn)結(jié)果，證明活性炭對溶液中的苯酚具有很好的吸附效果。

[實(shí)驗(yàn)3]活性炭使苯酚-FeCl3混合液褪色

步驟：

（1）A、B兩試管中分別加入6 mL蒸餾水、6 mL含苯酚的廢水（8000 mg·L-1），然后各加10滴FeC13溶液。A中溶液為極淺的黃色，B中溶液變?yōu)樽仙?/p>

（2）向試管B加入少量活性炭，充分振蕩后將液體轉(zhuǎn)移至注射筒，按圖2裝置分離出活性炭，得無色澄清的濾液。

（3）將上述濾液等量分裝于C、D、E、F四支試管，向C、D試管中分別滴加幾滴FeC13溶液和含苯酚的廢水，無明顯現(xiàn)象；向E試管滴加K4[Fe（CN）6]溶液，出現(xiàn)藍(lán)色沉淀；向F試管滴加濃溴水，立即出現(xiàn)白色渾濁，振蕩后又消失。

結(jié)論：苯酚-FeCl3混合液紫色褪去，濾液中剩余的苯酚、Fe3+ 只有在加入更靈敏的檢測劑濃溴水和K4[Fe（CN）6]溶液時(shí)才能表現(xiàn)出強(qiáng)陽性[1][2]，而常用試劑FeC13、苯酚溶液已無法定性檢測，說明經(jīng)活性炭吸附后，溶液中的苯酚、Fe3+濃度均顯著下降。

3 探討分析

活性炭為黑色固體，比表面積巨大，一般可達(dá)500到1500 m2·g-1，具有豐富的內(nèi)部微孔結(jié)構(gòu)。據(jù)文獻(xiàn)介紹，活性炭的表面性質(zhì)很大程度上由其表面的官能團(tuán)類別和數(shù)量決定，最常見的官能團(tuán)是含氧官能團(tuán)（見圖3）；受制備活性炭的原料和方法的差異，還可能存在一些含氮官能團(tuán)（如圖4）[3]。

這些不同種類的基團(tuán)是活性炭上的主要活性位，它們能使活性炭表面呈現(xiàn)微弱的酸性、堿性、氧化性、還原性、親水性和疏水性。活性炭能集這些完全對立的性質(zhì)于一身，促成了其性能上的多樣性，因此對廢水中的很多有機(jī)物和無機(jī)污染物質(zhì)都會表現(xiàn)出良好的吸附性能。上述實(shí)驗(yàn)1說明活性炭對Fe3+也有一定的吸附能力，但對其吸附機(jī)理迄今仍說法各異[4]。有研究發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)e3+的吸附量與活性炭表面羧基含量間成正比例關(guān)系，由此推測可能是在靜電影響下主要通過與羧基等表面基團(tuán)絡(luò)合作用形成。

4 教學(xué)建議

筆者建議可對教材實(shí)驗(yàn)內(nèi)容作如下改進(jìn)：

向6 mL含苯酚的廢水（8000 mg·L-1）中加入約0.5 g活性炭，振蕩、靜置后用試管取3 mL上層清液，再用另一試管取等量未處理過的廢水。然后向兩試管中各滴加2滴FeCl3溶液，觀察溶液的顏色變化并對照。

改進(jìn)后的方案在保證探究實(shí)驗(yàn)科學(xué)性和嚴(yán)密性的同時(shí)，實(shí)驗(yàn)對比效果也很明顯，能充分地展示出活性炭對苯酚良好的吸附性能，從而讓學(xué)生更真切地感悟工業(yè)上吸附法處理含酚廢水的原理。

參考文獻(xiàn)：

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