超聲輔助活性炭對染料廢水處理實驗范文

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摘要：活性炭被廣泛應用在廢水處理研究中，具有效率高，效果好等特點，利用超聲輔助活性炭處理亞甲基藍模擬染料廢水，研究活性炭投加量、超聲時間、超聲溫度、超聲功率、模擬染料廢水濃度等因素對模擬染料廢水去除效果的影響，實驗結果表明，當亞甲基藍廢水濃度為3mg•L-1，活性炭投加量為0.8g•L-1，超聲溫度為80℃，超聲時間為60min，超聲功率為400W時，染料廢水的去除效果最好，去除率為96.36%。

關鍵詞：超聲波；活性炭；亞甲基藍

近年來，我國社會發(fā)展、經(jīng)濟技術不斷提高，人們對染料的需求也越來越大。在染料生產(chǎn)過程中，污染物的排放量也持續(xù)增加，對水體環(huán)境、人類健康、空氣等造成了很大的危害[1]。染料種類不斷增加，使人們的生產(chǎn)生活極大豐富，生活質量極大提高，但與此同時染料廢水的數(shù)量不斷增加，這些廢水排放到環(huán)境水體中，導致對自然水體的污染[2]。目前，對于染料污水的污染處理方法主要有吸附法、混凝法、電化學法、生物氧化法、氧化法（化學氧化，微博協(xié)同法，光催化法）等[3]。活性炭本身是一種應用廣泛的吸附劑，在工業(yè)廢廢料處理行業(yè)有廣泛應用，目前，活性炭主要是利用煤、石油焦、木屑及果殼等原料制備。而利用超聲波輔助活性炭處理染料廢水中的各種有機污染物，是一項新型水處理技術[4]。

1實驗部分

1.1儀器及試劑

KQ-500VDE型雙頻數(shù)控超聲波清洗器（昆山市超聲儀器有限公司）；V5000型可見分光光度計（上海元析儀器有限公司）；EXS380型玻璃儀器氣流干燥器（鄭州長城科工貿(mào)有限公司）；SHZ-D(Ⅲ)型循環(huán)水式真空泵（鞏義市予華儀器有限公司）；PHS-3C型數(shù)顯pH計（上海儀電科學儀器股份有限公司）；JA2003型電子天平（北京賽多麗斯儀器有限公司）；TDL-4A型臺式低速大容量離心機（常州中捷實驗儀器制造有限公司）；DHG-101型電熱恒溫轉風干燥器（上海一恒科學儀器有限公司）。活性炭為實驗室（自制）；鹽酸（HCl）（哈爾濱市新達化工廠），亞甲基藍（天津市天新精細化工開發(fā)中心），為分析純。

1.2實驗方法

1.2.1模擬染料廢水配制（1）用萬分之一天平稱取亞甲基藍4mg。（2）將染料放入50mL燒杯中，倒入20mL蒸餾水，用玻璃棒攪拌至染料全部溶解在蒸餾水中。（3）將燒杯中的溶液倒在1L的容量瓶中，再用蒸餾水沖洗小燒杯，將蒸餾水倒入大容量瓶中，再將染料定容到1L，此時亞甲基藍濃度為4mg•L-1。（4）用可見光分光光度計測得亞甲基藍吸光度為0.825。

1.2.3超聲輔助活性炭處理亞甲基藍染料廢水實驗方法染料色度去除率的計算方法：色度去除率=（AO-A）÷AO×100%式中AO：原水吸光度；A：處理后水的吸光度。（1）活性炭投加量單因素實驗方法用天平稱取質量分別為0.005、0.010、0.015、0.020、0.025、0.030、0.035g的活性炭。將40mL亞甲基藍移入100mL錐形瓶中，此時活性炭投加量的濃度為0.125、0.250、0.375、0.500、0.625、0.750、0.875g•L-1，實驗結束后，將處理后的染料廢水置于臺式低速大容量離心機（離心速度為5000r•min-1）中離心15min，取上清液置于波長為665nm下測定吸光度，利用公式計算出去除率。（2）超聲時間單因素實驗方法設置超聲時間為5、10、15、20、40、60、80min。將40mL亞甲基藍移入100mL錐形瓶中，不調節(jié)溶液pH值，將其放入雙頻數(shù)控超聲波清洗器內，調整各使用條件，按下開關的同時在錐形瓶中快速加入一定質量的活性炭，實驗結束后，將處理后的染料廢水置于臺式低速大容量離心機（離心速度為5000r•min-1）中離心15min，取上清液分別置于波長為665nm下測定吸光度，利用公式計算出去除率。（3）超聲溫度單因素實驗方法設置超聲溫度為20、40、60、80、100℃。將40mL亞甲基藍移入100mL錐形瓶中，不調節(jié)溶液pH值，將其放入雙頻數(shù)控超聲波清洗器內，調整使用條件，按下開關的同時在錐形瓶中快速加入一定質量的活性炭，實驗結束后，將處理后的染料廢水置于臺式低速大容量離心機（離心速度為5000r•min-1）中離心15min，取上清液置于波長為665nm下測定吸光度，利用公式計算出去除率。（4）超聲功率單因素實驗設置超聲功率為100、200、300、400、500W。將40mL亞甲基藍移入100mL錐形瓶中，不調節(jié)溶液pH值，將其放入雙頻數(shù)控超聲波清洗器內，調整各使用條件，按下開關的同時在錐形瓶中快速加入一定質量的活性炭，實驗結束后，將處理后的染料廢水置于臺式低速大容量離心機（離心速度為5000r•min-1）中離心15min，取上清液分別置于波長為665nm下測定吸光度，利用公式計算出去除率。（5）染料廢水濃度單因素實驗設置亞甲基藍廢水濃度為1、2、3、4、5mg•L-1。將40mL亞甲基藍移入100mL錐形瓶中，不調節(jié)溶液pH值，將其放入雙頻數(shù)控超聲波清洗器內，調整各使用條件，按下開關的同時分別在錐形瓶中快速加入一定質量的活性炭，實驗結束后，將處理后的染料廢水置于臺式低速大容量離心機（離心速度為5000r•min-1）中離心15min，取上清液置于波長為665nm下測定吸光度，利用公式計算出去除率。

2結果與討論

在該實驗部分，利用超聲輔助活性炭的方法，研究不同處理工藝條件對亞甲基藍染料廢水色度去除效果的影響。

2.1活性炭投加量對亞甲基藍染料廢水去除效果的影響

設置實驗條件為：超聲時間：20min；超聲溫度：20℃；超聲功率：200W。研究不同的活性炭投加量對亞甲基藍色度去除效果的影響。實驗結果見圖1。由圖1可以看出，隨著活性炭投加量的增加，亞甲基藍廢水色度去除率呈現(xiàn)出逐漸增大然后逐漸穩(wěn)定的趨勢。從實驗結果看，當活性炭投加量在0.8g•L-1時，去除率達到96.36%，之后隨著活性炭的用量增加，去除效果未有明顯提高。這或許是因為隨著活性炭投加量的增加，亞甲基藍色度去除逐漸達到飽和，所以當活性炭投加量再增加時，亞甲基藍色度去除率未提高[5]。

2.2超聲時間對亞甲基藍染料廢水去除效果的影響

設置實驗條件為：活性炭投加量：0.8g•L-1；超聲功率：200W；超聲溫度：20℃。研究不同的超聲時間對亞甲基藍色度去除效果的影響。實驗結果見圖2。由圖2可以看出，隨著超聲時間的增加，亞甲基藍廢水色度去除率呈現(xiàn)出逐漸增大然后逐漸穩(wěn)定的趨勢。從實驗結果看，當超聲時間在60min時，去除率達到94.55%，之后隨著超聲時間增加，去除效果未有明顯提高。這是由于超聲時間越長，越多的大分子被裂解成小分子，當超聲到一定時間時，溶液中可裂解的大分子均已被打碎，繼續(xù)增加超聲時間也不會強化吸附，脫色率基本保持不變。

2.3超聲溫度對亞甲基藍染料廢水去除效果的影響

設置實驗條件為：活性炭投加量：0.8g•L-1；超聲功率：200W；超聲時間：60min。研究不同的超聲溫度對亞甲基藍色度去除效果的影響。實驗結果見圖3。由圖3可以看出，隨著超聲溫度的增加，亞甲基藍廢水色度去除率呈現(xiàn)出逐漸增大然后逐漸穩(wěn)定的趨勢。從實驗結果看，當超聲溫度在80℃時，處理效果最好，去除率達到94.55%。這是由于溫度的增加，廢水中參與反應的分子無規(guī)則運動加快，動能增加，與活性炭的接觸機會增加，使反應速率加快[6]。另外超聲的空化作用也會增強染料分子與活性炭的接觸，同時也會降解部分亞甲基藍。

2.4超聲功率對亞甲基藍染料廢水去除效果的影響

設置實驗條件為：活性炭投加量：0.8g•L-1；超聲溫度：80℃；超聲時間：60min。研究不同的超聲功率對超聲功率色度去除效果的影響。實驗結果見圖4。由圖4可以看出，隨著超聲功率的增加，亞甲基藍廢水色度去除率呈現(xiàn)出逐漸增大然后逐漸穩(wěn)定的趨勢。從實驗結果看，當超聲功率在400W時，去除率達到98.79%，之后隨著超聲功率增加，去除效果未有明顯提高。這主要是因為隨著超聲功率的增加，超聲的空化作用增強，從而促進了降解反應的進行，但是過高的功率又產(chǎn)生了一些限制條件，所以當超聲功率再增加時，亞甲基藍色度去除率未提高[7]。

2.5染料廢水濃度對亞甲基藍染料廢水去除效果的影響

設置實驗條件為：活性炭投加量：0.8g•L-1；超聲溫度：80℃；超聲時間：60min；超聲功率：400W。研究不同的亞甲基藍廢水濃度對去除率效果的影響。實驗結果見圖5。由圖5可以看出，隨著染料濃度的增加，亞甲基藍廢水去除率呈現(xiàn)出逐漸增大達到峰值然后逐漸下降的趨勢。從實驗結果看，當廢水濃度在3mg•L-1時，去除率達到82.92%，之后隨著廢水濃度增加，去除效果逐漸降低。這或許是因為隨著廢水濃度的增加，活性炭投加量一定，活性炭吸附效果有限，所以當廢水濃度再增加時，亞甲基藍去除率逐漸降低。

3結論

本實驗以超聲輔助活性炭，研究不同實驗條件對亞甲基藍染料去除效果的影響。結合實驗及相關分析得到以下結論:對活性炭進行了預處理，以亞甲基藍染料廢水為原料，通過研究活性炭投加量、超聲時間、超聲溫度、超聲功率、染料廢水濃度等因素，發(fā)現(xiàn)在一定范圍內，亞甲基藍染料去除率隨著上述影響因素的增大均表現(xiàn)出升高的趨勢，由實驗顯示：當亞甲基藍廢水濃度為3mg•L-1，活性炭投加量為0.8g•L-1，超聲溫度為80℃，超聲時間為60min，超聲功率為400W時，超聲輔助活性炭對染料去除效果最好，去除率為96.36%。

參考文獻

［1］董殿波.印染廢水處理技術研究進展［J］.環(huán)保技術,2015,52（4）:56-62.

［3］丁紹蘭,李鄭坤,王睿.染料廢水處理技術綜述［J］.水資源保護,2010,26（3）:72-78.

［4］黎梅,李記太,孫漢文.超聲技術處理水中有機污染物［J］.化學進展,2008,20（7）:1187-1195.

［5］馬江權,郭楠,姜愛霞,等.改性活性炭對亞甲基藍的吸附動力學［J］.江蘇工業(yè)學院學報,2009,21（4）:29-32.

［6］田鑫,王宏.超聲前處理強化顆粒及粉末狀活性炭吸附處理染料廢水［J］.浙江化學工業(yè)環(huán)保技術,2015,46（12）:30-34.

［7］白曉龍,楊春和,姚進一.超聲輔助活性炭處理兩種不同染料廢水研究［J］.工業(yè)安全與環(huán)保,2015,41（11）:37-39.

作者：許錦香 徐忠 吳仔朦 施迎 代秋萍 張婷 劉強 單位：哈爾濱商業(yè)大學