公維潔，屈軍艷，王教帥

(海南熱帶海洋學(xué)院，海南 三亞 572022)

混合堿活化廢棄甘蔗渣吸附有機(jī)實(shí)驗(yàn)室廢水研究

公維潔，屈軍艷，王教帥

(海南熱帶海洋學(xué)院，海南 三亞 572022)

以生活中廢棄甘蔗渣為原料，采用混合堿活化法制備活性炭，研究了其對(duì)有機(jī)實(shí)驗(yàn)室廢水的吸附性能，考察了不同比例的KOH∶NaOH溶液對(duì)活性炭吸附性能的影響。結(jié)果表明，用4.2∶1的KOH∶NaOH混合堿溶液活化制得的甘蔗渣活性炭處理有機(jī)廢水的效果最好，其粒徑限定在100 ～120目大小為宜。

甘蔗渣；活性炭；有機(jī)實(shí)驗(yàn)室廢水；混合堿法；配比

海南省是我國(guó)主要的甘蔗糖產(chǎn)區(qū)，現(xiàn)有糖廠近30家，年產(chǎn)糖量近30萬(wàn)t。甘蔗的大規(guī)模種植給農(nóng)民帶來(lái)了豐厚的經(jīng)濟(jì)效益，但由此產(chǎn)生的大量廢棄物也給環(huán)境帶來(lái)了巨大壓力。因此，甘蔗渣廢棄物的綜合利用成為科研攻關(guān)的重要課題。

甘蔗渣是天然的高分子材料，蘊(yùn)藏著豐富的生物質(zhì)能，是一種可持續(xù)發(fā)展的優(yōu)質(zhì)生物質(zhì)資源。國(guó)內(nèi)外科研工作者都在探索甘蔗渣綜合利用的新途徑[1-6]。本課題組致力于將這些生物質(zhì)廢棄物轉(zhuǎn)化為活性炭用以實(shí)驗(yàn)室有機(jī)廢水的處理，并得出結(jié)論：甘蔗渣活性炭粒徑限定在100～120目大小時(shí)，對(duì)有機(jī)實(shí)驗(yàn)室廢水具有很好的處理效果[7]。本文在已有的工作基礎(chǔ)上，進(jìn)一步研究用混合堿活化法制備甘蔗渣活性炭對(duì)吸附效果的影響。

1 實(shí)驗(yàn)材料和方法

1.1 原料

甘蔗渣由海南本地種植的甘蔗壓榨而得。實(shí)驗(yàn)所用試劑:氫氧化鈉；氫氧化鉀；苯；甲苯；苯酚；丙酮；乙酸乙酯均為分析純。

1.2 儀器

日本島津公司生產(chǎn)的UV-2550紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)；奧豪儀器有限公司生產(chǎn)的電子分析天平；真空干燥箱，金壇市盛藍(lán)儀器制造有限公司；電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱，金壇市盛藍(lán)儀器制造有限公司。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 活性炭的制備

(1)甘蔗渣的干燥、粉碎

將甘蔗去皮，切段，洗凈后壓榨得甘蔗渣。將其去節(jié)，反復(fù)清洗，浸泡，煮沸，烘干，粉碎。

(2)碳化

取適量甘蔗渣，裝入硬質(zhì)試管中，將試管兩端塞上棉團(tuán)，并塞上帶導(dǎo)管的橡皮塞，用酒精噴燈加熱至炭粒紅熾或不再產(chǎn)生氣體即可。將碳化后甘蔗渣研磨并過(guò)100～120目篩，得甘蔗渣炭粒。

(3)活化

取活性炭粒，各加入50mL 一系列比例的混合堿溶液(其中混合堿中KOH和NaOH的濃度均為2 mol/L)，反復(fù)煮沸。

(4)水洗過(guò)濾

將活化后的甘蔗渣過(guò)濾，用蒸餾水反復(fù)清洗、煮沸，至溶液呈中性。

(5)干燥

清洗好的活性炭放入105℃的電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱中干燥6～7h，即得成品活性炭。

1.3.2 活性炭處理有機(jī)實(shí)驗(yàn)室廢水

(1)預(yù)處理

取有機(jī)實(shí)驗(yàn)室廢水樣品(主要含苯、甲苯、苯酚、乙酸乙酯、丙酮等有機(jī)物)6份，各30mL，依次編號(hào)為1～6。將1號(hào)做為空白樣，2～6號(hào)中分別加入KOH和NaOH比為2∶1、4∶1、6∶1、8∶1、10∶1的混合堿活化得到的活性炭1g，靜置2h后過(guò)濾，對(duì)樣品進(jìn)行紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)掃描，波長(zhǎng)范圍200～700nm。通過(guò)比較相同吸收峰的變化，判斷不同比例混合堿活化制得的活性炭吸附效果，得出混合堿的最佳配比范圍。

根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)得到的最佳配比范圍，以0.5為梯度配制一系列配比為2.5∶1、3∶1、3.5∶1、4∶1、4.5∶1、5∶1、5.5∶1的混合堿溶液再測(cè)1次。

(2)實(shí)驗(yàn)過(guò)程

根據(jù)預(yù)實(shí)驗(yàn)中混合堿的最佳配比范圍，以0.1為梯度配制一系列混合堿溶液來(lái)制備甘蔗渣活性炭。

取以苯環(huán)系為主要有機(jī)污染物的有機(jī)實(shí)驗(yàn)廢水樣品10份，各30mL，依次編號(hào)為1～10。將1號(hào)做為空白樣，2～10號(hào)中分別加入KOH和NaOH比為4.1∶1、4.2∶1、4.3∶1、4.4∶1、4.5∶1、4.6∶1、4.7∶1、4.8∶1、4.9∶1的混合堿活化得到的活性炭1g，靜置2h后過(guò)濾，對(duì)樣品進(jìn)行紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)掃描。

再分別取以酚、酮、酯類(lèi)為主要有機(jī)污染物的有機(jī)實(shí)驗(yàn)廢水，按上述方法進(jìn)行檢測(cè)。

2 結(jié)果和討論

2.1 預(yù)處理結(jié)果及分析

用KOH和NaOH配比為2∶1、4∶1、6∶1、8∶1、10∶1的混合堿活化得到的甘蔗渣活性炭處理有機(jī)實(shí)驗(yàn)室廢水，其處理結(jié)果如圖1所示。

由圖1可知，隨著混合堿配比的增加，甘蔗渣活性炭吸附有機(jī)實(shí)驗(yàn)室廢水呈現(xiàn)出先變強(qiáng)后變?nèi)醯内厔?shì)。用4∶1的KOH∶NaOH溶液活化制得的甘蔗渣活性炭處理后的有機(jī)廢水的吸收峰最小，即廢水中所含有機(jī)物質(zhì)最少，得出制備甘蔗渣活性炭所用混合堿活化劑的最佳配比范圍為2∶1～6∶1。

用KOH和NaOH配比為2.5∶1、3∶1、3.5∶1、4∶1、4.5∶1、5∶1、5.5∶1的混合堿活化得到的甘蔗渣活性炭處理有機(jī)實(shí)驗(yàn)室廢水，其處理結(jié)果如圖2所示。

由圖2可知，用4.5∶1的KOH∶NaOH溶液活化制得的甘蔗渣活性炭處理后的有機(jī)廢水的吸收峰最小，制備甘蔗渣活性炭所用活化劑的最佳配比范圍是4∶1～5∶1。

2.2 不同配比的混合堿制得的甘蔗渣活性炭對(duì)不同類(lèi)有機(jī)實(shí)驗(yàn)室廢水的處理效果

分別采用4.1∶1、4.2∶1、4.3∶1、4.4∶1、4.5∶1、4.6∶1、4.7∶1、4.8∶1、4.9∶1的混合堿溶液(KOH/NaOH)做活化劑制得的甘蔗渣活性炭，處理含有苯環(huán)系類(lèi)、酚類(lèi)、酮類(lèi)和酯類(lèi)的有機(jī)實(shí)驗(yàn)室廢水，并使用紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)掃描，比較相同吸收峰的變化。

2.2.1 對(duì)含苯類(lèi)有機(jī)實(shí)驗(yàn)室廢水處理效果

分別取1g上述甘蔗渣活性炭，處理30mL含苯環(huán)系類(lèi)有機(jī)實(shí)驗(yàn)室廢水2h，測(cè)定結(jié)果如圖3所示。

由圖3可知，從吸收峰的位置來(lái)看，不同比例的混合堿溶液活化制得的甘蔗渣活性炭處理效果區(qū)別很大，且吸附效果與混合堿溶液的配比不成正比。用4.2∶1的KOH∶NaOH溶液活化制得的甘蔗渣活性炭處理后的含苯類(lèi)有機(jī)廢水的吸附效果最好。

2.2.2 對(duì)含酚類(lèi)有機(jī)實(shí)驗(yàn)室廢水處理效果

分別取1g上述甘蔗渣活性炭，處理30mL含酚類(lèi)有機(jī)實(shí)驗(yàn)室廢水2h，測(cè)定結(jié)果如圖4所示。

由圖4可知，混合堿的配比為4.2∶1時(shí)，甘蔗渣活性炭處理含酚類(lèi)有機(jī)廢水的吸收峰最低，處理效果最好。

2.2.3 對(duì)含酮類(lèi)有機(jī)實(shí)驗(yàn)室廢水處理效果

分別取1g上述甘蔗渣活性炭，處理30mL含酚類(lèi)有機(jī)實(shí)驗(yàn)室廢水2h，測(cè)定結(jié)果如圖5所示。

由圖5可知，不同配比的活化劑制得的活性炭處理酮類(lèi)廢水的吸收峰有著明顯的不同。用配比為4.1∶1、4.6∶1、4.9∶1的KOH∶NaOH溶液活化制得的甘蔗渣活性炭處理含脂類(lèi)有機(jī)廢水的吸收峰高度接近，處理效果相差不大。用4.2∶1的混合堿制得的甘蔗渣活性炭處理后的含酮類(lèi)有機(jī)廢水的吸收峰最小，吸附效果最好。

2.2.4 對(duì)含酯類(lèi)有機(jī)實(shí)驗(yàn)室廢水處理效果

分別取1g上述甘蔗渣活性炭，處理30mL含酯類(lèi)有機(jī)實(shí)驗(yàn)室廢水2h，測(cè)定結(jié)果如圖6所示。

如圖6可知，甘蔗渣活性炭對(duì)含酯類(lèi)有機(jī)廢水的處理效果非常明顯，且吸附效果與混合堿溶液的配比不成正比。用4.2∶1的KOH∶NaOH 混合堿溶液活化制得的甘蔗渣活性炭處理后的廢水所含的酯類(lèi)物質(zhì)是最少的，處理效率最高。

3 活化機(jī)理分析

由實(shí)驗(yàn)可知，混合堿中KOH∶NaOH比例不同，活化制得的甘蔗渣活性炭處理有機(jī)實(shí)驗(yàn)室廢水的效果區(qū)別很大。隨著KOH含量的增加，活性炭的吸附值總體呈現(xiàn)出先增大后減小的變化規(guī)律，在KOH∶NaOH為4.2∶1時(shí)，達(dá)到最大值。這與KOH和NaOH復(fù)合活化機(jī)理有關(guān)，隨著KOH用量的增加，活化反應(yīng)加劇，活性炭中不斷形成微孔和中孔，吸附性能增強(qiáng)；當(dāng)用量達(dá)到一定程度時(shí)，對(duì)物料的刻蝕程度加大，碳鏈上的活性點(diǎn)不斷反應(yīng)氣化，開(kāi)孔作用減弱，導(dǎo)致孔的擴(kuò)大和坍塌，形成中孔和大孔，造成吸附性降低。

4 結(jié)論

實(shí)驗(yàn)通過(guò)對(duì)混合堿活化劑配比實(shí)驗(yàn)的對(duì)比，對(duì)有機(jī)實(shí)驗(yàn)室廢水吸附規(guī)律的分析，得出KOH∶NaOH在最佳配比4.2∶1時(shí)，活化制得的甘蔗渣活性炭處理有機(jī)廢水的效果最好?；旌蠅A的配比是影響甘蔗渣活性炭吸附性能的重要因素，隨著KOH含量的增加，活性炭的吸附性總體呈現(xiàn)出先增大后減小的變化規(guī)律，這與KOH/NaOH協(xié)同活化機(jī)理有關(guān)。此外，混合堿的配比對(duì)不同類(lèi)的有機(jī)廢水處理效果影響不大。該實(shí)驗(yàn)為利用甘蔗渣制取活性炭的應(yīng)用提供了理論參考數(shù)據(jù)。

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Adsorption of Laboratory Organic Wastewater by Bagasse-Based Activated Carbon Prepared by Mixed Base Method

GONG Wei-jie, QU Jun-yan, WANG Jiao-shuai

(School of Hainan Tropical Ocean University, Sanya Hainan 572022, China)

Activated carbon was prepared from bagasse by using KOH/NaOH as the activation agent. The absorption performance of the activated carbon for organic wastewater was studied. The influence of NaOH/KOH ratio was systematically investigated. The results showed that the optimum preparation conditions was that the ratio of the activating agents was 4.2∶1 and the suitable size of which was 100～120 mesh.

bagasse; activated carbon; organic wastewater; mixed alkali activation; the ratio of the activating agents

2017-03-01

三亞市院地科技合作項(xiàng)目(2015YD37)。

公維潔(1982-)，女，河北人，海南熱帶海洋學(xué)院，實(shí)驗(yàn)師，碩士研究生，研究方向?yàn)椴牧匣瘜W(xué)。

X703

A

1673-9655(2017)04-0061-04