堿法制備甘蔗渣活性炭對有機實驗室廢水吸附處理效果研究

公維潔，卓先勤，陳春華

（海南熱帶海洋學院，海南三亞572022）

堿法制備甘蔗渣活性炭對有機實驗室廢水吸附處理效果研究

公維潔，卓先勤，陳春華

（海南熱帶海洋學院，海南三亞572022）

采用堿法制備甘蔗渣活性炭，采用光譜法研究海南當地甘蔗渣活性炭對有機實驗室廢水的處理能力，并討論不同濃度NaOH溶液對活性炭吸附性能的影響。結果表明，用0.5 mol/L NaOH溶液活化制得的甘蔗渣活性炭處理有機廢水的效果最好，其粒徑限定在100～120目為宜。

有機廢水；甘蔗渣；活性炭；最佳濃度

0 引言

實驗室產生的有機廢液含有大量殘液和廢溶劑，其主要成分為醇、酚、醛、醚、酮、烷烴、鹵代烴、苯環系等有機污染物。這些有機污染廢液若隨意排放，不但影響人體健康，還會加大污水治理難度，同時也會使水體環境在一定程度上受到污染，導致水質惡化。

2007年，宣曉梅等人[1]用Fenton-粉煤灰聯合法來處理有機實驗室高濃度廢水，去除率達到90%。2011年，陳碧芬等人[2]采用臭氧電暈協同處理高濃度有機實驗室廢水，處理后廢水的可生化性得到很大提高。2012年，高雪丹等人[3]用鐵炭微電解-Fenton氧化聯合處理高濃度有機實驗室廢水，廢水COD總去除率達48.32%。2013年，屈軍艷等人[4]用椰殼、香蕉皮、香蕉莖桿、香蕉葉、甘蔗渣活性炭和普通木炭活性炭處理有機實驗室廢水，利用光譜法和高錳酸鉀法相對比，得出甘蔗渣活性炭處理有機實驗室廢水效果最好，粒徑限定在100～120目。在此基礎上，對制備甘蔗渣活性炭中活化劑的選擇和最佳用量進行了研究，并討論其對不同有機實驗室廢水的處理效果。

1 材料和設備

1.1 試驗材料與設備

氫氧化鈉、甲苯、苯、丙酮、乙酸乙酯、苯酚、環氧氯丙烷、正己烷，以上試劑均為分析純。

甘蔗渣，海南當地種植的甘蔗壓榨所得，購于三亞市第一市場。

分析天平，沈陽龍騰電子有限公司產品；調溫電熱套，鞏義市予華儀器有限責任公司產品；電熱恒溫鼓風干燥箱、真空干燥箱，金壇市盛藍儀器制造有限公司產品；雙光束紫外可見分光光度計，北京普析通用儀器有限責任公司產品。

1.2 試驗方法

（1）甘蔗渣樣品初步處理。隨機挑選幾根甘蔗，去皮，切段，清洗，用壓榨機壓榨得到甘蔗渣。將甘蔗渣去節，切成小塊，用自來水反復清洗，于熱水中煮沸5～10 min，濾出，再用去離子水清洗，反復2～3次，瀝干水分，置于70℃的鼓風干燥箱中烘至完全干燥，備用。

（2）活性炭的制備。①炭粒的制取[4]。取適量干燥后的甘蔗渣，切碎，裝入規格為30 mm×200 mm的硬質試管中，在試管兩端塞上棉團，再塞上帶有導管的橡皮塞，然后用酒精噴燈加熱，同時不斷轉動試管并移動噴燈，直到不再產生氣體或見炭粒加熱至紅熾即可。將炭化甘蔗渣充分研磨，過篩（100～120目），得甘蔗渣炭粒。②炭粒的活化。取炭粒若干，平均分成5份于燒杯中，各加入50 mL一系列濃度的NaOH溶液（料液比為1∶20）[5-6]，加熱至溶液呈淡黃色，煮沸15 min，棄去溶液，再倒入相應濃度的NaOH溶液煮沸15 min；冷卻后過濾，用蒸餾水洗滌2～3次，再將炭粒倒入另一個干凈的、盛有50 mL蒸餾水的燒杯中，煮沸15 min，棄去溶液，再換蒸餾水反復煮沸，用pH值試紙檢驗至中性，再把含有炭粒的溶液過濾[4]。③活性炭的干燥。將上述過濾后的活性炭粒置于干凈的蒸發皿中，于105℃干燥箱中干燥3～4 h。然后將其裝入一個干燥、潔凈的瓶中保存，備用。

（3）樣品的預處理和測定。取6份完全相同的有機實驗室廢水樣品（主要含有甲苯、苯、乙酸乙酯、丙酮、環氧氯丙烷、苯酚等有機物質），每份30 mL，編號為1～6，其中1號為空白對照，向2～6號中分別加入用濃度為0.1，0.5，1.0，1.5，2.0 mol/L NaOH溶液活化制得相同粒度的甘蔗渣活性炭各1 g，靜置2 h，過濾，對濾液和1號樣品以紫外可見分光光度計于波長200～700 nm波段進行掃描，比較相同吸收峰的變化。根據廢水處理效果，得出活化劑NaOH溶液的最佳濃度范圍。

1.3 測定方法

按上述1.2（2）步驟制備甘蔗渣活性炭，其中活化劑NaOH溶液的最佳濃度范圍由預試驗所得，以0.1 mol/L為梯度配制0.1，0.2，0.3，0.4，0.5 mol/L一系列濃度的NaOH溶液。

（1）活性炭處理有機實驗室廢水。取6份完全相同的含有酚為主要有機污染物的有機實驗室廢水樣品，每份30 mL，編號為1～6，其中1號為空白對照，向2～6號中分別加入上述用不同濃度NaOH溶液活化制得相同粒度的甘蔗渣活性炭各1 g，靜置2 h，然后過濾，對濾液和1號樣品進行檢測。

再分別取含有酮、苯環系、烷烴、酯等為主要有機污染物的有機實驗室廢水各6份，每份30 mL，按上述方法操作，對比處理效果。

（2）需檢測樣品中有機物濃度的測定。取試驗中所需檢測的溶液，以紫外可見分光光度計于波長200～700 nm波段進行掃描，比較相同吸收峰的變化。從而判斷加入不同濃度活化劑NaOH溶液制得的甘蔗渣活性炭對此類有機實驗室廢水處理效果影響的優劣，得出最佳方案。

2 結果與分析

2.1 樣品預處理結果及分析討論

分別以0.1，0.5，1.0，1.5，2.0 mol/L的NaOH溶液為活化劑制備甘蔗渣活性炭，用于處理有機實驗室廢水。

不同濃度NaOH活化劑制備活性炭處理有機廢水紫外-可見光譜比較見圖1。

圖1 不同濃度NaOH活化劑制備活性炭處理有機廢水紫外-可見光譜比較

由圖1可知，制備甘蔗渣活性炭所用活化劑NaOH溶液的最佳濃度范圍為0.1～0.5 mol/L。

2.2 不同濃度NaOH溶液制得的甘蔗渣活性炭對有機實驗室廢水處理效果

分別以0.1，0.2，0.3，0.4，0.5 mol/L NaOH溶液為活化劑制得的甘蔗渣活性炭，處理含有酚類、酮類、苯環系類、烷烴類和酯類有機實驗室廢水，并使用紫外可見分光光度計于波長200～700 nm波段進行掃描，比較相同吸收峰的變化，結果如下。

2.2.1 對含酚類有機實驗室廢水處理效果

分別用甘蔗渣活性炭1 g處理30 mL含酚類有機實驗室廢水2 h。

含酚類廢水紫外-可見光譜比較見圖2。

圖2 含酚類廢水紫外-可見光譜比較

由圖2可知，不同濃度NaOH溶液活化制得的甘蔗渣活性炭對含酚類有機廢水的處理效果有著明顯不同。用0.5 mol/L NaOH溶液活化制得的甘蔗渣活性炭處理后的含酚類有機廢水吸收峰最小，處理效率最高。

2.2.2 對含酮類有機實驗室廢水處理效果

用甘蔗渣活性炭各1 g處理30 mL含酮類有機實驗室廢水2 h。

含酮類廢水紫外-可見光譜比較見圖3。

圖3 含酮類廢水紫外-可見光譜比較

由圖3可知，用0.5 mol/L NaOH溶液活化制得的甘蔗渣活性炭處理含酮類有機廢水的效果比其他幾個處理的效果要好得多。

2.2.3 對含苯環系類有機實驗室廢水處理效果

分別用甘蔗渣活性炭1 g處理30 mL含苯環系類有機實驗室廢水2 h。

含苯環系類廢水的紫外-可見光譜比較見圖4。

圖4 含苯環系類廢水的紫外-可見光譜比較

由圖4可知，吸收峰隨著廢水中含苯環系有機物質的減少呈降低趨勢，用0.5 mol/L NaOH溶液活化制得甘蔗渣活性炭處理后的含苯環系類有機廢水吸收峰最小，處理效率最高。

2.2.4 對含烷烴類有機實驗室廢水處理效果

分別用甘蔗渣活性炭1 g處理30 mL含烷烴類有機實驗室廢水2 h。

烷烴類廢水的紫外-可見光譜比較見圖5。

由圖5可知，用0.5 mol/L NaOH溶液活化制得甘蔗渣活性炭處理后的含烷烴類有機廢水吸收峰最低，處理效果明顯好于其他幾種濃度活化制得的活性炭。

2.2.5 對含酯類有機實驗室廢水處理效果

分別用甘蔗渣活性炭1 g處理30 mL含酯類有機實驗室廢水2 h。

圖5 烷烴類廢水的紫外-可見光譜比較

含酯類廢水的紫外-可見光譜比較見圖6。

圖6 含酯類廢水的紫外-可見光譜比較

由圖6可知，同樣是用0.5 mol/L NaOH溶液活化制得甘蔗渣活性炭處理后的含酯類有機廢水吸收峰最小，也就是說其吸附效果最好。

3 結論

經過對以上幾種不同濃度NaOH溶液活化制得的甘蔗渣活性炭處理不同類別有機廢水的結果分析，可以得出以下結論。

（1）用濃度為0.5 mol/L的NaOH溶液作為活化劑，制得的甘蔗渣活性炭處理有機廢水的效果最好。

（2）活化劑NaOH的濃度是影響甘蔗渣活性炭吸附性能的重要因素，隨著NaOH濃度的增加，活性炭的吸附性能未呈規律變化，這與NaOH活化法的活化機理有關[4]。

（3）通過對不同類有機實驗室廢水進行試驗，發現活化劑NaOH的濃度對不同類的有機實驗室廢水處理效果影響不大。

（4）甘蔗渣作為一種廢棄物制成活性炭用來處理有機實驗室廢水，能夠達到以廢治廢的目的，具有方法簡單、操作方便、成本低的特點。

[1]宣曉梅，金朝暉.粉煤灰吸附-Fenton氧化聯合處理高濃度有機實驗室廢水[J].環境衛生工程，2007，15（1）：18-24.

[2]陳碧芬，董艷杰，彭振博，等.臭氧電暈協同處理有機實驗室廢水的研究[J].寧波職業技術學院學報，2011，15（2）：53-56.

[3]高雪丹，李占臣.鐵炭微電解吸附-Fenton氧化聯合處理高濃度有機實驗室廢水的研究[J].河北化工，2012，35（12）：61-64.

[4]屈軍艷，胡成，殷明義，等.幾種生物質活性炭處理有機實驗室廢水的研究[J].實驗室科學，2013，16（1）：34-37.

[5]荊汝壹，白陽，劉微，等.NaOH活化法制備高比表面積稻殼活性炭[J].材料導報，2010，24（16）：466-468.

[6]邢寶林，諶倫建，張傳祥，等.NaOH活化法制備煤基活性炭的研究[J].煤炭轉化，2010，33（1）：69-73.◇

Studies on Threatment of Liquid Organic Wastes from Organic Lab with Bagasse-based Activated Carbon Prepared by Base Method

GONG Weijie，ZHUO Xianqin，CHEN Chunhua
（School of Hainan Tropical Ocean University，Sanya，Hainan 572022，China）

This paper studies the technology of activated carbon from bagasse by base method，and discusses different concentrations of NaOH solution effect of activated carbon.The results show that bagasse activated carbon using 0.5 mol/L NaOH solution has the best performance on the treatment of liquid organic wastes and the suitable size of which is 100～120 mesh.

liquid organic wastes；bagasse；activated carbon；optimum concentratio

X703

A

10.16693/j.cnki.1671-9646（X）.2017.08.003

1671-9646（2017）08a-0009-03

2017-06-01

三亞市院地科技合作項目（2015YD37）。

公維潔（1982—），女，碩士，實驗師，研究方向為材料化學。