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活性炭的制备及其对水污染处理的应用1.引言活性炭是一种重要的吸附材料，具有大比表面积、良好的孔结构和高度的亲水性能等特点。
水污染已成为全球环境保护的重要问题，活性炭在水污染治理中得到了广泛应用。
本文将介绍活性炭的制备方法和其在水污染处理中的应用。
2.活性炭的制备方法2.1 化学法制备活性炭化学法制备活性炭的主要原理是在活化剂的作用下使原料发生氧化、脱除H、O元素的过程。
其制备步骤如下：将原料加入活化剂中，然后加热，炭化，冷却，压碎和筛分。
常用的活化剂有氢氧化钾、氢氧化钠、磷酸等，制备的活性炭孔隙结构稳定，具有高的孔隙度和比表面积。
2.2 物理法制备活性炭物理法制备活性炭的主要原理是利用一定的热能使原料中的水分以气态的形式逸出，从而在原料中形成大量的细微孔隙。
其制备步骤如下：将原料加热至一定温度，使水分逸出，然后水冷或自然风冷，再进一步的进行炭化处理，最后煅烧和筛分。
物理法制备活性炭的孔隙结构有一定的随机性，孔道呈现多曲、多级的结构，而比表面积则不如化学法高，但制备工艺较简单、成本低廉。
3.活性炭在水污染处理中的应用3.1 废水处理在废水处理中，活性炭可以通过吸附污染物、去除杂质等方式有效地净化废水。
活性炭可以吸附污染物，如重金属离子、有机物、残留药物等，净化废水。
活性炭还可以去除废水中存在的杂质，如悬浮物、胶体物等，提高废水的水质。
3.2 饮用水处理饮用水中的微生物、有机物、重金属等污染物对人类健康造成威胁。
通过向饮用水中添加活性炭，能够有效地吸附和去除其中的污染物，提高饮用水的水质。
活性炭的亲水性能优良，不会对水的 pH 值产生影响。
因此，活性炭在饮用水中得到越来越广泛的应用。
4.结论活性炭是一种广泛应用于水污染治理领域的重要材料，其吸附性强、亲水性好、孔隙结构稳定等特点使其在水污染治理中发挥着重要的作用。
化学法和物理法是制备活性炭的主要方法，两种方法各有特点，应根据实际需要进行选择。
微波催化氧化处理活性艳红X-3B陈红英;江燕雯;李军【摘要】以MnO2/Al2O3为催化剂,采用微波催化氧化技术处理活性艳红X-3B 染料废水.试验考察了催化剂用量、辐照时间、辐照功率和初始质量浓度等因素对处理效果的影响.试验得出了最佳处理工艺条件:催化剂用量150 g/L,微波辐照功率560W,辐照时间3 min,该工艺对500 mg/L染料废水的脱色率为87.18％,TOC去除率为64.14％.动力学研究表明:该反应过程符合一级反应动力学规律,其动力学方程为lnCt=-0.368 2t+5.296 0,反应速率常数为0.368 2/min,反应的半衰期为1.882 5 min.【期刊名称】《浙江工业大学学报》【年(卷),期】2014(042)002【总页数】5页(P194-198)【关键词】微波;催化氧化;染料废水;MnO2/Al2O3【作者】陈红英;江燕雯;李军【作者单位】浙江工业大学建筑工程学院,浙江杭州310014;浙江工业大学建筑工程学院,浙江杭州310014;浙江工业大学建筑工程学院,浙江杭州310014【正文语种】中文【中图分类】X703.1随着工业技术的迅猛发展和生产规模的不断扩大，我国的工业废水量日益增多，水污染日益严重，目前我国的地表水和地下水均受到不同程度的污染[1].水中污染物主要来自各工业领域，其中化工、染料、造纸等行业产生的有机废水对水资源造成的污染最为严重，染料工业污染中尤以染料废水的污染问题最为突出.近些年来，我国每年污水排放量达390多亿吨，其中工业污水占51%，而染料废水又占总工业废水排放量的35%，而且还以l%的速度在逐年增加.每排放1 t染料废水，就能造成20 t水体的污染.随着印染工业的迅猛发展，染料废水已成为水体中几种最主要的污染源之一[2].染料废水成分复杂，COD质量浓度高，有机物含量高，颜色深，毒性大，加之近年来染料向着抗光解、抗氧化、抗生物氧化等方向发展，使得染料废水的处理难度加大[3].目前染料废水的处理方法主要有吸附法、混凝沉淀法、生物法、电解法和氧化法等.这些方法都有一定程度的不足，吸附法是将有机物从液相中转移到固相中，因而需要进一步处理，同时还存在二次污染和吸附剂回收等问题[4]；混凝沉淀法和生物法产生的污泥量大，污泥处置困难，同时生物法对废水的可生化性和COD的要求高[5-6]；电解法对色度去除率高，能有效提高可生化性，综合效果好，运行费用低，但处理量较小[7]；化学氧化法往往需要消耗大量的化学药品，而且有可能造成二次污染[8]；光催化氧化效率高，无二次污染，但目前仍处于实验室阶段[9].与传统技术相比，微波催化氧化技术具有快速、高效及不会造成二次污染等显著优点，同时可使废水处理工程小型化、分散化，具有较高的社会和环境效益[10].基于以上优点，刘宗瑜[11]、关晓彤[12]、姜思朋[13]和洪光[14]等对该技术处理染料废水进行了研究，都取得了理想的处理效果，但普遍存在处理量少，微波辐照时间长，以致体系水温严重升高甚至沸腾等问题，因而不符合实际的工况，难以付诸实践.为克服以上缺点，笔者探索了一种新型催化剂用于微波催化氧化反应.本试验以活性艳红X-3B染料为处理对象，研究以MnO2/Al2O3为催化剂的微波催化氧化工艺处理染料废水的可行性，考查并优化了处理工艺条件，研究探讨了该工艺对活性艳红X-3B的脱色反应动力学.1 试验部分1.1 试验仪器与材料活性红X-3B，购于武汉某公司；50%硝酸锰溶液，上海华精生物高科技有限公司；Fe(NO3)3，上海试四赫维化工有限公司；直径为2～3 mm的颗粒状氧化铝；活性炭；MM721AAU-PW型格兰仕微波炉，广东美的微波电器制造有限公司；TU-1901型紫外可见分光光度计，北京普析通用仪器有限责任公司；SXZ-12-16箱式电阻炉，济南精密科学仪器仪表有限公司；DHG-9146A型电热恒温鼓风干燥箱，上海精宏实验设备有限公司；multi N/C 2100型TOC测定仪，德国耶拿分析仪器股份有限公司；KQ2200型超声波清洗器，昆山市超声仪器有限公司；THZ-C恒温振荡器，太仓市科教器材厂.1.2 试验步骤将100 mL一定质量浓度的活性艳红X-3B染料废水倒入装有催化剂的静态反应器中，放入微波炉中辐照一定时间，冷却至室温后补加蒸馏水定容至100 mL，水样经0.45 μm的玻璃纤维滤膜过滤后取样分析.1.3 分析方法采用TU-1901型紫外—可见分光光度计在200～600 nm范围内对染料溶液进行UV扫描，测得活性艳红X-3B的最大吸收波长为539 nm.在最大吸收波长条件下，采用紫外-可见分光光度计测定染料降解前后的吸光度值.在一定质量浓度范围内，染料质量浓度与染料在最大吸收波长处的吸光度成线性关系，关系式为y=0.0151C+0.003 8(R2=0.999 9)，根据吸光度可求得染料质量浓度.染料脱色率的计算公式为(1)式中：C0为染料废水初始质量浓度(或初始TOC质量浓度)，mg/L；C为剩余染料废水质量浓度(或剩余TOC质量浓度)，mg/L.TOC用总有机碳测定仪(multi N/C 2100型)测定，并按式(1)计算TOC去除率.1.4 催化剂的制备1) 催化剂载体的预处理.将Al2O3用蒸馏水反复冲洗，以洗去杂质，然后将洗净的Al2O3置于烘箱中干燥8 h，最后放在马弗炉中于600 ℃条件下活化3 h，冷却备用.2) 配制某质量浓度(以硝酸锰的量计)硝酸锰溶液，将一定量已经活化的Al2O3浸入硝酸锰溶液中，并置于恒温摇床中振荡浸渍若干小时，期间超声30 min.3) 取出载体过滤，将负载后的载体置于培养皿中，室温下晾干后放入烘箱，在105 ℃下干燥24 h.4) 从烘箱中取出烘干的催化剂，放入马弗炉中，以5 ℃/min升温至所需温度，到达设定温度后保持若干小时，即制得成品催化剂.2 结果与讨论2.1 催化剂用量的影响设定活性艳红X-3B溶液质量浓度为500 mg/L，使用不同质量的催化剂，在微波功率为560 W时辐照3 min，根据不同指标的处理结果绘制出微波催化氧化工艺的催化剂用量与TOC去除率和脱色率的关系，试验结果如图1所示.图1 催化剂用量对处理效果的影响Fig.1 Effect of the amount of catalyst on the reaction结果表明：TOC去除率和脱色率都随着催化剂投加量的增加而提高，这一方面是催化剂吸附的贡献，另一方面是因为微波辐射使催化剂不均匀的表面产生许多“热点”，催化剂越多，产生的“热点”也就越多，从而氧化掉的活性艳红染料分子越多，TOC去除效果和脱色效果也就更好.当催化剂用量达150 g/L时，TOC去除率为64.14%，脱色率为87.18%.再增加催化剂的量，TOC去除率和脱色率的提高不是很明显，这可能是因为催化剂增多，导致催化剂之间互相重叠，减少了与污染物的接触面积.2.2 微波辐照时间的影响在现有的研究[12-14]中，大多数试验的微波时间比较长，都在5 min以上，这在一定程度上增加了处理成本.本试验在催化剂用量150 g/L，微波功率560 W的条件下，处理100 mL质量浓度为500 mg/L的活性艳红X-3B模拟染料废水，考察微波辐照时间对催化剂处理效果的影响，结果见图2.图2 微波辐照时间对处理效果的影响Fig.2 Effect of microwave irradiationtime on reaction从图2可以看出：随着微波辐照时间的延长，染料废水的脱色率和TOC去除率也跟着增加.微波催化氧化工艺处理染料废水时，脱色率受微波辐照时间的影响较大，当微波辐照1 min时，染料废水的脱色率就有了很大的提高，3 min之后，脱色率增加的趋势变得缓慢.而该工艺对染料废水的TOC去除率随微波辐照时间每增加2 min提高7%，但对实际工程来说不可能无限制的延长对所要处理样品的微波辐照时间，为此应该结合实际情况以及处理成本综合考虑微波催化氧化工艺的微波辐照时间.本实验选用微波辐照3 min.2.3 微波辐照功率的影响微波辐照功率是影响微波催化氧化反应的重要因素之一，从理论上讲，微波辐照功率越高，催化剂表面所能达到的最高温度也越高，处理效果也就越好.在催化剂用量为150 g/L，500 mg/L活性艳红X-3B溶液100 mL，微波辐照时间3 min的条件下，改变微波辐照功率，测定染料废水的脱色率以及TOC去除率，结果如图3所示.图3 微波辐照功率对处理效果的影响Fig.3 Effect of microwave power onreaction试验中发现：虽然微波辐照的时间相同，但随着微波功率的增加，催化氧化工艺对染料废水的脱色率和TOC去除率都在提高.当微波辐照功率从140 W增加到700 W时，微波催化氧化工艺对染料废水的TOC去除率从36.46%升到69.75%，提高了47.73%.出现这种现象可能是因为低功率的微波辐照使反应体系的温度上升较慢，辐照3 min反应体系仍处于低温状态，或是在3 min之内反应体系处于低温的时间较短，从而造成反应速度慢，降解效率低.而用较高的微波功率辐照时，反应体系的温度上升较快，相对于低功率的条件而言它在3 min之内，反应体系处于高温的时间就较长，反应速度相对较快.同时，较高功率的微波辐照不仅会使催化剂表面“热点”吸收微波的能量变多，还会增加“热点”的数量，从而增加分子的碰撞频率促使分子化合键的断裂，有利于活性艳红X-3B的去除.2.4 废水初始质量浓度的影响废水初始质量浓度对微波催化氧化工艺的处理效果影响较大，初始质量浓度过高，催化剂将无法正常发挥其功效；初始质量浓度过低，催化剂的催化性能得不到充分利用.在催化剂用量为150 g/L，微波功率为560 W，微波辐射时间为3 min的条件下，考察活性艳红X-3B的质量浓度对催化氧化处理效果的影响，结果如图4所示.图4 活性艳红X-3B初始质量浓度的影响Fig.4 Effect of the initial concentration of reactive brilliant red X-3B on reaction图4显示：废水初始质量浓度影响着微波催化氧化工艺的处理效果.当活性艳红X-3B的初始质量浓度从100 mg/L增加到400 mg/L时，染料废水的TOC去除率12.60%提高到74.75%，呈现出明显的上升趋势.这可能是因为在该质量浓度范围内，随着污染物质量浓度的增加，染料分子与自由基之间相互碰撞的机会相应增多，故而TOC去除率也就大大提高.当废水初始质量浓度增加到500 mg/L以后，TOC去除率则直线下降，可见，活性艳红X-3B质量浓度为400 mg/L的溶液环境能充分发挥催化剂的作用.尽管TOC去除率在活性艳红X-3B质量浓度达到500 mg/L后有所降低，但TOC降解量并没有因此而受到影响，它随着溶液质量浓度的增高而增大.这可能是因为反应物质量浓度增大，被降解的污染物也就增多.2.5 三种工艺的对比在微波功率为560 W，催化剂投加量为150 g/L的条件下比较微波催化氧化、MnO2/Al2O3吸附与单纯微波辐照三种方法对100 mL初始质量浓度为500mg/L的活性艳红X-3B染料废水的处理效果，结果如图5所示.图5 不同处理工艺的处理效果Fig.5 Treatment effect of the different processes结果表明：单纯的微波辐照并不能对废水进行任何有效地处理，即单纯的微波能并不能破坏废水中的任何有机成分.不管是从脱色率还是从TOC去除率来看，单纯微波的处理效果远远不如微波催化氧化的好.即使单纯微波7 min，其TOC去除率也只有5.22%，脱色率不到7%；而微波催化氧化1 min的TOC去除率就高达57.81%，脱色率达73.77%.用MnO2/Al2O3吸附处理活性艳红X-3B染料废水120 min，TOC去除率才能达到54.79%.这一结果从侧面证明了催化氧化工艺中催化剂表面”热点”的存在，验证了微波催化氧化工艺的优越性.2.6 微波催化氧化反应动力学以MnO2/Al2O3为催化剂，微波催化氧化处理100 mL初始质量浓度为500mg/L的活性艳红X-3B染料废水，考察其处理效果与处理时间之间的关系，建立表观反应动力学方程.反应条件：催化剂用量150 g/L，微波辐射功率560 W，结果如图6所示.图6 反应动力学研究Fig.6 Kinetic studies结果表明：微波催化氧化工艺处理活性艳红X-3B废水过程中lnC与t呈线性关系，这说明该过程符合表观一级反应动力学，其动力学方程为lnCt=-0.368 2t+5.296 0，反应速率常数k=0.368 2/min，反应的半衰期为.3 结论本试验所研制的催化剂用于微波催化氧化工艺处理活性艳红X-3B染料废水取得了很好的效果.其最佳反应条件：催化剂用量150 g/L，微波辐照时间3 min，微波功率560 W.在此工艺条件下，初始质量浓度为500 mg/L的染料废水脱色率达87.18%，TOC去除率达64.14%，处理效果较为理想.微波催化氧化处理活性艳红染料废水脱色表观反应动力学研究表明：该反应符合一级反应动力学，其动力学方程为lnCt=-0.368 2t+5.296 0，反应速率常数为0.368 2 /min，反应的半衰期为1.882 5 min.参考文献：[1] 中华人民共和国环境保护部.中国环境状况公报[R].北京：中华人民共和国环境保护部，2010.[2] 陈跃．染料废水处理技术及研究趋势[J]．黄石理工学院学报，2011，27(1)：8-14．[3] WOJNáROVITS L,TAKáCS E. 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污水处理中活性炭热再生利用工艺分析污水处理中活性炭热再生利用工艺分析摘要：随着全球经济的快速发展和人口的增加，污水处理成为一个日益重要的问题。
污水中含有各种有机物和无机物质，其中一些有害物质对环境和人类健康构成威胁。
活性炭作为重要的吸附剂被广泛应用于污水处理中。
本文旨在分析活性炭热再生利用工艺，以提供对现有活性炭处理技术的深入理解和改进方案。
1. 引言污水中的有机物和无机物质对环境产生负面影响。
其中一些物质具有毒性，容易造成污染。
活性炭是一种具有很强吸附作用的材料，能够有效去除污水中的有机污染物。
然而，活性炭在吸附过程中也会逐渐饱和，导致其处理效率下降。
因此，活性炭的再生利用变得十分重要。
2. 活性炭热再生利用工艺活性炭的热再生利用工艺是一种通过升高温度来恢复其吸附性能的方法。
其主要过程包括热解、吸附物质解吸和冷却等。
2.1 热解热解是活性炭热再生的第一步。
在高温下，活性炭中的吸附物质被分解为气体形式，从而脱附出活性炭表面。
该过程需要合适的温度和时间控制，以确保吸附物质充分解吸。
2.2 吸附物质解吸热解后，活性炭进一步通过流动气体的作用，将吸附物质从活性炭中解吸出来。
一般来说，高温和适当的气流速度有助于有效解吸。
2.3 冷却冷却是活性炭热再生的最后一步。
将热解后的活性炭冷却至合适的温度，以便重新利用。
冷却过程可能会引起活性炭的体积变化，因此需要合适的冷却速度和温度控制。
3. 活性炭热再生利用工艺的优缺点活性炭热再生利用工艺具有以下几个优点：3.1 节约成本与使用新的活性炭相比，热再生利用工艺可以节约大量的成本。
通过再生利用，旧的活性炭可以得到充分利用，减少了新活性炭的采购和处理费用。
3.2 环保活性炭热再生利用工艺可以减少对环境的污染。
通过热解和解吸过程，活性炭中的吸附物质被有效脱附，并防止其释放到环境中。
然而，活性炭热再生利用工艺也存在一些缺点：3.3 能耗较高热再生过程需要较高的温度和能量输入，因此会消耗较多的能源。
CuO--改性活性炭制备及其在微波处理农药废水中的应用研究的开题报告一、选题的背景和意义随着农药的广泛使用，其废水对环境的影响越来越受到关注。
存在于农药废水中的有毒有害物质会危及到水体的生态环境，引起大气、土壤、水源等环境问题。
为了有效地处理农药废水，近年来，研究者们发展了许多方法，如生物处理、物理化学处理等，但这些方法存在着各种问题，例如反应时间长、投资大、处理量小等。
因此，寻找一种高效、经济、环保的农药废水处理方法迫在眉睫。
活性炭具有极强的吸附能力，是一种理想的废水处理材料。
然而，传统活性炭的吸附能力受到表面积和孔径的限制，因此制备高孔大表面积的活性炭对于农药废水的处理具有重要意义。
同时，为了提高活性炭的吸附性能，将其与其他材料进行改性也成为一种研究热点。
本课题针对上述问题，提出了将CuO与活性炭进行复合改性，制备高孔大表面积的活性炭，并将其应用于微波处理农药废水的研究。
二、主要研究内容1.制备CuO--改性活性炭材料采用物化方法制备CuO与活性炭的复合材料，并对其物化结构、孔结构等进行表征分析。
2.研究CuO--改性活性炭材料的吸附性能通过平衡吸附实验，研究CuO--改性活性炭材料对农药废水中有毒有害物质的吸附性能，并考察各种因素对其吸附性能的影响。
3.研究CuO--改性活性炭材料的微波处理性能利用实验室自制的微波处理装置，研究CuO--改性活性炭材料对农药废水的微波处理性能，并通过对比不同处理条件下的处理效果，考察因素对微波处理效果的影响。
三、预期成果1.成功制备高孔大表面积的CuO--改性活性炭材料。
2.研究该材料对农药废水中有毒有害物质的吸附性能，探究吸附机理并建立吸附模型。
3.实验验证CuO--改性活性炭材料对微波处理农药废水具有良好的效果，并对其微波处理性能进行优化设计。
四、研究方法1.制备CuO--改性活性炭材料采用物化方法，其中活性炭来源于某大型水处理厂，CuO由化学试剂合成得到。
