活性炭纤维的改性及对苯酚的吸附性能研究_刘葵

第 10期
刘葵等 :活性炭纤维的改性及对苯酚的吸附性能研究
991
使 ACF孔结构受到严重的破坏 ,孔径被扩大 ,微孔 含量大大减少 ,比表面积及微孔容积大大降低 ,因此 吸附苯酚的能力大大减弱 。
KOH改性后的 ACF,对苯酚的吸附量也有较大 幅度地下降 。由于苯酚呈弱酸性 , ACF加入碱性物 质 KOH 后 , ACF的表面碱性增强 ,不利于吸附酸性 物质苯酚 [ 3 ] 。
表 3 不同溶液对 ACF的改性效果 Table 3 M od if ica tion effect to ACF w ith d ifferen t solution s
改性溶液
浸渍处理后 ACF的质量 苯酚去除率
/g
/%
KM nO4 CuSO4
0. 352 9 0. 253 6
74. 80 87. 94
Study on mod if ica tion of activa ted carbon f iber and its adsorption property to phenol
L IU Ku i, FU X iao2jing, TAN G M ing2m ing
(College of Chem istry and Chem ical Engineering, Guangxi Normal University, Guilin 541004, China)
为了拓宽 ACF 的应用领域 ,更好地发挥 ACF 的吸附性能 ,人们对 ACF进行了很多改性研究 。目 前常用的改性方法可分为浸渍法和混入法 ,通过改 变 ACF的孔隙结构和表面化学结构来提高 ACF的
吸附性能和氧化性能 [ 223 ] 。 关于 ACF的改性研究大多是针对气态污染物
的 , ACF改性后对液态污染物特别是废水中有机物 的吸附性能的影响少有报道 。本文选用硫酸铜 、高 锰酸钾 、硫酸亚铁 、氢氧化钾 、柠檬酸 、硝酸铜 、乙酸 铅 、硝酸等溶液对聚丙烯腈基 ACF进行改性 ,研究 改性前后的 ACF对废水中苯酚的吸附性能 ,以期为 改性 ACF在废水处理中的应用提供参考 。
Abstract:Activated carbon fiber (ACF) was treated by imp regnating w ith solutions of cup ric sulfate, po2 tassium permanganate, ferrous sulfate, potassium hydroxide, citric acid, cup ric nitrate, lead acetate and ni2 tric acid and etc. Phenol adsorp tion p roperties of ACF modified w ith different solutions were studied. The results show that phenol adsorp tion p roperty of ACF modified w ith cup ric sulfate is better than that of ACF not being modified, while phenol adsorp tion p roperties of ACF modified w ith potassium permanganate, fer2 rous sulfate, potassium hydroxide, citric acid, cup ric nitrate, lead acetate and nitric acid have dropped. Modification effect w ith cup ric sulfate of which the concentration is 0. 05% ～1% is superior to modifica2 tion effect w ith other concentrations of cup ric sulfate solution when 0. 2 g ACF is used to treat waste water containing phenol. The excessive loading of cup ric ion on ACF can decrease phenol adsorp tion capacity. Key words: phenol; activated carbon fiber; modification; adsorp tion
lku009@163. com
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应用化工
第 36卷
硝酸 、硫代硫酸钠 、柠檬酸 、乙酸铅均为分析纯 。
721分光光度计 ; D1202型电动搅拌机 。 1. 2 模拟废水的配制 称取 1 g苯酚 ,溶于 1 000 mL 蒸馏水中 ,用硫代 硫酸钠溶液标定浓度后 ,再稀释成一定浓度的模拟 苯酚废水 。
1. 3 实验方法 ACF使用前用 100 ℃去离子水浸泡 30 m in,充 分洗净后 ,于 180 ℃烘干 4 h。配制一定浓度的改性 溶液 ,称取一定量 ACF放入溶液中浸渍一定时间 , 取出于干燥箱中干燥至恒重 。称取一定量改性后的
ACF,加入 100 mL 模拟苯酚废水中 ,于 20 ℃搅拌至 吸附平衡 ,取上层清液测定苯酚浓度 。 1. 4 苯酚浓度的测定
1 实验部分
1. 1 试剂与仪器 聚丙烯腈基 ACF,工业品 ; 42氨基安替比林 、苯 酚 、硫酸铜 、硫酸亚铁 、氢氧化钾 、高锰酸钾 、硝酸铜 、
收稿日期 : 2007208228 作者简介 :刘葵 (1969 - ) ,女 ,广西桂林人 ,广西师范大学讲师 ,硕士 ,从事废水处理研究 。电话 : 13097937046, E - mail:
采用 42氨基安替比林法 [ 4 ]测定 。 苯酚去除率 = (C0 - C ) /C0 ×100%
式中 C0 ———原废水中苯酚浓度 , mg /mL; C———吸附平衡时的苯酚浓度 , mg /mL。
2 结果与讨论
2. 1 未改性的 ACF对苯酚的吸附性能 称 取 一 定 质 量 的 ACF, 加 入 100 mL 浓 度 为 0. 2 mg /mL的苯酚废水中 , 于 20 ℃搅拌至吸附平 衡 。改变 ACF用量 ,测定吸附平衡时的苯酚浓度 , 结果见表 1。
表 1 未改性 ACF的吸附性能 Table 1 Phenol adsorption property of ACF
ACF用量 /g
吸附平衡时的苯酚浓度 / (mg·mL - 1 )
苯酚去除率 /%
0. 2
0. 029
86. 67
0. 3
0. 013
94. 03
0. 4
0. 006
97. 18
由表 1 可知 ,对于未改性的 ACF,随着 ACF用 量的增加 ,吸附量显著上升 。 2. 2 HNO3改性 ACF对苯酚的吸附性能 根据报道 , 用硝酸溶液对 ACF 进行改性后 , ACF吸附 SO2 、苯 、氨 、氙 、NO、CO、NO2 等的性能得 到了一定程度的提高 [ 2 ] 。为了探讨经 HNO3 溶液改 性的 ACF对苯酚的吸附性能 ,将 0. 2 g ACF用不同 浓度的硝酸溶液浸渍 1 h,置于干燥箱中干燥至恒 重 。将 改 性 后 的 ACF 置 于 100 mL 浓 度 为 0. 2 mg /mL的苯酚废水中 ,于 20 ℃搅拌至吸附平衡 , 测定吸附平衡时废水中的苯酚浓度 ,结果见表 2。
0. 029
86. 67
0. 01
0. 030
86. 56
0. 04
0. 027
87. 73
0. 10
0. 032
85. 40
0. 20
0. 031
85. 73
15. 20
0. 043
80. 26
由表 2 可知 ,用不同浓度的 HNO3溶液对 ACF 进行改性 ,并没有提高 ACF对苯酚的吸附量 ,随着 HNO3 溶液浓度的增大 , ACF 对苯酚的吸附量呈下 降的趋势 。高浓度 HNO3 溶液改性后的 ACF 对苯 酚的吸附量下降显著 ,这可能是高浓度的 HNO3 对 ACF的表面进行了强烈氧化 ,使 ACF的比表面积和 孔体积大幅减小 ,降低了 ACF 的吸附能力 。
柠檬酸与乙酸铅处理后的 ACF,对苯酚的吸附 量下降也较大 ,可能是由于柠檬酸与乙酸铅分子较 大 ,对 ACF的微孔产生阻塞作用 ,从而影响苯酚的 吸附 。
ACF经 FeSO4 处理后 ,对苯酚的吸附量下降 , 而经 CuSO4 处 理 后 对 苯 酚 的 吸 附 量 增 加 。推 测 SO24 - 对 ACF吸附苯酚并未发挥主导作用 ,而金属 离子对 ACF吸附苯酚发挥了主要作用 。 Cu2 + 的存 在有利于 ACF吸附苯酚 ,而 Fe2 +的存在不利于 ACF 吸附苯酚 。
第 36卷第 10期 2007年 10月
应 用 化 工 App lied Chem ical Industry
Vol. 36 No. 10 Oct. 2007
活性炭纤维的改性及对苯酚的吸附性能研究
刘葵 ,付小靖 ,唐明明
(广西师范大学 化学化工学院 ,广西 桂林 541004)
摘 要 :用硫酸铜 、高锰酸钾 、硫酸亚铁 、氢氧化钾 、柠檬酸 、硝酸铜 、乙酸铅 、硝酸等溶液浸渍处理活性炭纤维 ,考察 了改性活性炭纤维对废水中苯酚的吸附性能 。结果表明 ,用硫酸铜溶液改性的活性炭纤维对苯酚的吸附性能强于 未改性的活性炭纤维 ,经高锰酸钾 、硫酸亚铁 、氢氧化钾 、柠檬酸 、硝酸铜 、乙酸铅 、硝酸等溶液改性的活性炭纤维对 苯酚的吸附能力下降 。浓度为 0. 05% ～1%的硫酸铜溶液对 0. 2 g活性炭纤维进行改性的效果优于其它浓度的硫 酸铜溶液 。活性炭纤维上负载的铜离子过多会降低活性炭纤维对苯酚的吸附量 。 关键词 :苯酚 ;活性炭纤维 ;改性 ;吸附 中图分类号 : X 703. 1 文献标识码 : A 文章编号 : 1671 - 3206 (2007) 10 - 0989 - 04
KOH
0. 313 7
79. 36
FeSO4 C6 H8O7 ·H2O
0. 247 6 0. 296 1
83. 53 79. 78
Cu (NO3 ) 2 Pb ( CH3 COO ) 2 ·3H2O
0. 246 1 0. 315 6
83. 91 81. 98
HNO3
0. 197 6
82. 74
由表 3 可知 ,用 CuSO4 溶液处理后 , ACF 的苯 酚去除率比未改性的高 ; 经其他溶液改性处理后 , ACF的苯酚去除率比未改性的低 。其中经 KM nO4 溶液处理过的 ACF, 对苯酚的吸附量下降最为明 显 ,这可能是由于 KM nO4 对 ACF强烈的氧化作用 ,
活性炭纤维 (ACF)是随着炭纤维工业发展而开 发的新一代多孔吸附材料 ,也是传统吸附材料活性 炭的更新换代产品 。ACF的比表面积较大 ,吸附位 多 ,吸附容量大 。ACF 没有或很少有大孔 ,多为微 孔 ,且为径向开孔 ,扩散阻力小 ,因此 ACF吸附脱附 的行程短 、速度快 。ACF已应用于工业有机废水治 理 、净制高纯水 、空气净化和除湿 、气体分离 、有机溶 剂及化合物回收 、催化剂或催化剂载体等领域 [ 1 ] 。
2. 3 浸渍溶液种类的影响 取 0. 2 g ACF,分别用 3%的硫酸铜 、硫酸亚铁 、
氢氧化钾 、高锰酸钾 、柠檬酸 、硝酸铜 、乙酸铅 、硝酸
溶液浸渍 1 hFra Baidu bibliotek取出 ,于干燥箱中干燥至恒重 ,将其分 别投入 100 mL 浓度为 0. 2 mg /mL 苯酚废水中 ,于
20 ℃搅拌至吸附平衡 。测定平衡时废水中的苯酚 浓度 ,结果见表 3。
表 2 硝酸改性 ACF对苯酚的吸附
Table 2 Phenol adsorption property of ACF m od if ied w ith n itr ic ac id
HNO3 的浓度 / (mol·L - 1 )
吸附平衡时的苯酚浓度 / (mg·mL - 1 )
苯酚去除率 /%
0. 00