磁性活性炭吸附苯酚的初步研究

磁性活性炭吸附苯酚的初步研究
刘阳
【摘要】In this paper,the performance of phenol adsorption using Magnetic Activated Carbon（MAC） and the effect of Cd2＋ on adsorption were studied to provide reference for productive wastewater treatment using adsorption process.The results showed that the process of adsorption of phenol on MAC fitted the pseudo second order kinetic model with R2 of 0.9935;Compared with Freundlich adsorption
model,Langmuir adsorption model could describe MAC adsorption of phenol better;The existence of Cd2＋ led to optimal adsorption concentration of phenol increasing from 30 to 50 mg/L without affecting the removal rate.Moreover,Cd2＋ had promotion effect on phenol adsorption on MAC while inhibitory effect on activated carbon
（AC）,respectively.Removal rate of phenol adsorption without Cd2＋ on MAC was lower than on AC by 10.65%~20.2%;On the contrary,the removal rate with Cd2＋ on MAC was higher than on AC by 0.3%~7.71%.%本文研究了磁性活性炭对苯酚的吸附性能;探讨了Cd2＋对苯酚在磁性活性炭上吸附的影响。

目的是对磁性活性炭进行研究,以及为在实际废水中吸附处理苯酚提供参考。

结果
表明,磁性活性炭对苯酚的吸附过程符合拟二级动力学模型,R2为0.9935;与Freundlich吸附模型相比,Langmuir吸附模型能更好地描述磁性活性炭对苯酚的
吸附行为;在不影响去除率的情况下,Cd2＋的存在使苯酚吸附处理最佳浓度由30 mg/L增大至50 mg/L;同时,Cd2＋对磁性活性炭和活性炭吸附苯酚分别具有促进
和抑制作用。

针对苯酚的吸附去除率,当无Cd2＋时,磁性活性炭的比活性炭的低10.65%～20.2%;当有Cd2＋时,磁性活性炭的比活性炭的高0.3%～7.71%。

【期刊名称】《四川环境》
【年(卷),期】2011(030)005
【总页数】4页(P1-4)
【关键词】磁性活性炭;苯酚;Cd2＋
【作者】刘阳
【作者单位】同济大学环境科学与工程学院,上海200092
【正文语种】中文
【中图分类】X703
1 引言
在我国苯酚的需求量巨大，广泛应用于炼油、石油化工、塑料及合成纤维等化学工业中［1］。

磁化技术在我国最早应用于冶炼工业。

近年来，其在水处理上的应用已引起了人们的广泛关注［2］。

活性炭的磁改性研究便为其中之一［3～6］。

目前，制备磁性活性炭主要有共沉淀法和催化活化法。

活性炭采用不同方法磁化后，其各项指标随磁化率的改变而改变，吸附性能有相对减少趋势但影响不大［6］。

现有报道主要围绕于磁性活性炭的制备方法及其单独针对有机物或重金属吸附性能的研究。

但在实际生活中，废水中往往含有多种污染物质，如湘江流域六成以上入河排污口不达标排放，致水体有机污染突出、重金属污染严重。

因此，磁性活性炭吸附去除有机物的研究，尤其是重金属对有机物吸附的影响的初步探讨，不仅能够
进一步表征磁化处理对活性炭吸附性能所带来的变化，还可为吸附法处理实际废水提供参考，显得十分有意义。

本文采用共沉淀法［3］制得磁性活性炭，研究了磁性活性炭对苯酚的吸附过程。

同时，对Cd2+对苯酚在活性炭与磁性活性炭上吸附的影响进行了初步探讨。

2 材料和实验
2.1 实验材料
苯酚 (C6H5OH，AR);硫酸亚铁(FeSO4· 7H2O，AR);三氯化铁 (FeCl3，AR);氢氧化钠(NaOH，AR);椰壳活性炭是由中国医药 (集团)上海化学试剂公司制备。

2.2 磁性活性炭的制备
采用张高生等［3］报道的活性炭/铁氧化物共沉淀法制备磁性炭。

具体步骤是把硫酸亚铁 (19.5g，70mmoL)和氯化铁 (18.9g，70mmoL)溶于500mL去离子水中，加入16.5g椰壳粉末活性炭，磁力搅拌30min，加热溶液至20℃、40℃或70℃;快速搅拌下滴加氢氧化钠 (100mL，5mol/L)溶液，然后把混合物在100℃水浴中陈化4h;冷却至室温，用去离子水反复洗涤产物;烘箱内102℃～105℃下干燥4h，即得到活性炭/铁氧化物磁性复合吸附材料 (记为磁性活性炭)。

2.3 实验方法
目标污染物苯酚在磁性活性炭上的吸附动力学、吸附等温线等由批式实验确定。

苯酚的测定均采用4－氨基安替吡林分光光度法。

吸附动力学实验:取适量的磁性活性炭置于含100mL浓度为50mg/L苯酚溶液的锥形瓶中，初始pH为6.8，恒温(30±1)℃震荡，每隔一定时间取样测定溶液中苯酚的残留浓度。

吸附等温线实验:向5个含100mL浓度为50mg/L苯酚溶液的锥形瓶中分别投加不同质量(50～400mg)的磁性活性炭，初始pH为6.8，恒温(30±1)℃震荡一定时间，测定溶液中苯酚的残留浓度。

Cd2+对苯酚吸附影响实验:取适量的磁性活性炭与活性炭分别置于含100mL浓度为10 mg/LCd2+和30～60mg/L苯酚溶液的锥形瓶中，初始pH为6.8±0.2，恒温(30±1)℃震荡一定时间，测定溶液中苯酚的残留浓度。

2.4 数据处理方法
文中回归分析使用Origin7.5软件进行。

3 结果与讨论
3.1 磁性活性炭对苯酚的吸附动力学
图1所示为磁性活性炭吸附苯酚的吸附动力学曲线。

图1 磁性活性炭对苯酚的吸附动力学曲线Fig.1 Kinetic curves of adsorption of phenol by magnetic activated carbon
对实验数据进行拟二级吸附速率模型的拟合，结果如表1所示。

拟二级吸附速率模型:
表1 拟二级吸附速率动力学模型Tab.1 Pseudo second order kinetic model? 从表1中可看出，磁性活性炭对苯酚的吸附符合拟二级吸附速率模型，线性相关度R2＞0.99。

同时，该模型拟合得磁性活性炭对苯酚的平衡吸附量为20.83
mg/g，联系图1，可得60min和90min时的吸附量是平衡吸附量的87.31%和95.45%，说明磁性活性炭对苯酚的吸附非常迅速，即在较短的时间内可达到吸附平衡。

3.2 磁性活性炭对苯酚的吸附等温线
为了研究磁性活性炭对苯酚的吸附行为，分别采用Langmuir和Freundlich线性方程对实验数据进行拟合，如图2～3所示，于表2中进行比较。

Langmuir线性方程:
Freundlich线性方程:
表2 两种吸附等温方程的比较Tab.2 Comparison of two isothermal equations of adsorption?
从表2中可看出，Langmuir吸附模型与Freundlich吸附模型均能描述磁性活性
炭对苯酚的吸附行为，R2＞0.95。

但与Freundlich吸附模型相比，Langmuir吸
附模型能更好地进行描述，R2=0.9942＞0.9585。

活性炭经磁改性处理后，其对
苯酚的吸附过程中含有物理和化学两种吸附作用，且以物理吸附作用为主。

3.3 Cd2+对苯酚吸附去除的影响
由于实际废水中往往同时含有有机物和重金属两类污染物，为了能够给实际吸附处理提供参考，初步探讨了Cd2+对苯酚吸附的影响。

重复进行含固定10 mg/L
Cd2+与不同浓度 (30～60 mg/L)苯酚溶液的吸附实验。

表3中列出在有无Cd2+时溶液中苯酚的去除率。

表3 Cd2+对不同初始浓度苯酚去除率的影响Tab.1 Effect of Cd2+on phenol removal rate with different initial concentrations (%)?
由表3可以看出，当苯酚浓度为30 mg/L时，无Cd2+溶液的苯酚去除率最大。

当苯酚初始浓度为50 mg/L时，有Cd2+溶液的苯酚去除率最大。

Cd2+的存在
使苯酚最佳处理浓度增大，且去除率变化不大。

通过对去除率进行作差比较，发现Cd2+对不同吸附剂吸附苯酚有不同的影响。

对于活性炭吸附剂而言，当苯酚浓度较低时，Cd2+对其吸附苯酚具有较强的抑制作用。

如苯酚浓度为30 mg/L时，去除率下降19.98%。

但随着苯酚浓度的增大，抑制作用越来越弱，去除率基本相等。

因为Cd2+比苯酚更容易竞争活性炭表面的官能团，形成金属络合体。

相反，Cd2+对磁性活性炭吸附苯酚具有促进作用，且随着苯酚初始浓度的增大，Cd2+对磁性活性炭吸附苯酚的促进越来越强。

当Cd2+浓度为10mg/L，苯酚浓
度为60mg/L时，苯酚去除率最大提高21.33%。

同时，由于磁改性使活性炭的吸
附容量有所下降［7］。

当无Cd2+时，随苯酚浓度的增加，磁性活性炭对苯酚的
去除率比活性炭的降低10.65% ～20.2%。

但当有Cd2+时，两种吸附剂对苯酚去除率的差值缩小，甚至磁性活性炭对苯酚的去除率反而高于活性炭的，可提高
0.3% ～7.71%。

经磁化处理后，溶液中水的极性增大，极性大的水分子可置换吸
附于磁性活性炭表面的弱极性苯酚［8］。

但Cd2+是软酸，可降低磁性活性炭表
面的亲水性能，削弱水分子的竞争作用，使水分子脱落，提供更多的苯酚吸附位点，作用力远远大于前者。

结果可提高苯酚的去除率，产生促进作用，且使磁性活性炭对苯酚的去除效果由原来无Cd2+时劣于活性炭的上升至优于活性炭的。

4 结论
4.1 磁性活性炭对苯酚的吸附过程符合二级吸附速率模型，R2为0.9935。

与Freundlich吸附模型相比，Langmuir吸附模型能更好地描述磁性活性炭对苯酚
的吸附行为，R2=0.9942＞0.9585。

4.2 在实验条件下，Cd2+的存在使苯酚最佳处理浓度从30 mg/L增大至50
mg/L，且去除率变化不大。

4.3 Cd2+对磁性活性炭吸附苯酚具有促进作用，当Cd2+浓度为10mg/L，苯酚
浓度为60mg/L时，促进作用最大，苯酚去除率提高21.33%;而对活性炭吸附低
浓度苯酚具有抑制作用，当Cd2+浓度为10 mg/L，苯酚浓度为30 mg/L时，抑制作用最大，使苯酚去除率降低19.98%。

4.4 相比无Cd2+时活性炭对苯酚的吸附去除率，当苯酚溶液中含有Cd2+时磁性
活性炭对苯酚的吸附去除率由低于 10.65% ～20.2%，转为高于0.3%～7.71%。

即此时磁性活性炭对苯酚的吸附效果优于活性炭。

参考文献：
［1］吴永文，李忠，奚红霞，等.高聚物吸附剂的空隙结构和表面特性对苯酚吸
附容量的影响［J］.化工学报，2003，54(11): 1642-1645.
［2］邱峰，吕秀荣，张洪林，等.在磁场中活性炭吸附有机物的研究［J］.环境
科学学报，2003，23(4):558-560.
［3］张高生，曲久辉，刘会娟，等.活性炭/铁氧化物磁性复合吸附材料的制备及去除水中酸性橙Ⅱ的研究［J］.环境科学学报，2006，26(11):1763-1768.
［4］单国彬，张冠东，田青，等.磁性活性炭的制备与表征［J］.过程工程学报，2004，4(2):141-145.
［5］范慧，李开喜，李强，等.Co基磁性活性炭的制备研究［A］.见(In):第八
届全国新型炭材料学术大会.第八届全国新型炭材料学术研讨会论文集［C］.桂
林:2007.236-238.
［6］刘守新，孙承林.磁性椰壳活性炭的合成研究［J］.新型炭材料，2002，
17(1):45-48.
［7］张巧丽，陈旭，袁彪.磁性氧化铁/活性炭复合吸附剂的制备及性能［J］.天津大学学报，2005，38(4):361-364.
［8］吕秀荣，邱峰，张洪林.磁化技术对活性炭吸附有机物影响的机理探讨［J］.上海环境科学，2003，22(2):102-105.。