第37卷 第4期厦门大学学报(自然科学版)V o l.37 No.4 1998年7月Journal of Xiam en Univ er sity(Natural Science)Jul.1998
对氯苯酚在活性炭上的吸附与脱附工艺
叶李艺 钟 辉 张会平
(厦门大学化工系 厦门 361005)
摘要 研究了水溶液中活性炭对对氯苯酚稀溶液的吸附性能,测定了不同温度下的吸附平衡等温线,并从间歇过程和固定床连续过程探讨了对氯酚在活性炭上的脱附工艺.
关键词 对氯苯酚,活性炭,吸附,脱附
中国图书分类号 T Q028
化学工业与医药工业等企业排出的大量含酚废水对环境造成的污染十分严重.随着化学工业的发展和环境保护的要求日益严格,含酚废水的处理越来越受到重视.
对含酚废水的处理一般有萃取法、生化法和吸附法[1],萃取法操作复杂,还可能造成二次污染.好氧生化法耗电量大,污泥产率高,处理成本高.而活性炭对酚有很强的吸附特性,采用活性炭吸附法处理废水是一种较有效的处理方法.随着活性炭用量的迅速增加,其再生使用日益重要.目前加热再生法在活性炭再生中仍占主要地位,然而,除了达到和维持800℃高温的再生条件要消耗大量的能量外,每次循环由磨擦造成的活性炭损失也高达5%～10%.而以液相形式,采用碱液对活性炭进行再生,作为替代热再生的有效途径,具有如下优点[2]:
1)活性炭可在原处再生,无需卸载,运输和再次装填,避免了活性炭的磨损;
2)活性炭的表面结构不会因多次再生而受影响,其吸附性能仅因为不可逆吸附的存在而略微降低.即理论上说活性炭可无限次重复使用;
3)通过蒸馏等后续手段可回收吸附质及再生剂.
本文以低浓度对氯苯酚溶液为对象,研究对氯苯酚在活性炭上的吸附特性,探讨活性炭碱法再生的可行性.
1 实 验
1.1 实验材料及试剂
1)吸附剂 保定净化材料厂生产的GWB-3X型活性炭,比表面积为1200m2・g-1,目数为10～20的不定形炭,含有比较发达的微孔和次微孔.经去离子水煮沸1h,滤去水后于100℃下烘干24h,置于密封容器中保存备用.
2)对氯苯酚溶液 由分析纯级对氯苯酚配制而成.
3)不同浓度NaOH溶液.
本文1997-10-16收到; 国家自然科学基金资助项目
4)去离子水.
图1 固定床实验装置图
F ig.1 Inst allation of r egenation 1.2 实验方法
1) 间歇过程
采用瓶点试验方法,分别将同样重量的活性炭和不
同浓度的酚液(脱附时为碱液)移入磨口锥形瓶中,在恒
温条件下振荡12h(此时间足以达到吸附平衡),然后采
用4-氨基胺替比林-铁氰化钾光度比色法测定溶液中酚
的浓度,根据溶液浓度在平衡前后的变化计算吸附量.
已达平衡的活性炭脱附前需用高质量的滤纸进行抽滤,
以彻底去除活性炭表面的浮液并消除活性炭微粒对测
量的影响.
2) 固定床连续过程
吸附柱采用直径10mm ,长度24cm 带夹套的玻璃
管,每次使用活性炭量11.5g,装柱前需在沸腾的去离
子水中充分润湿,然后在水中装柱,以避免产生气泡.饱
和后的炭柱以10～40mL/m in 的流速用计量泵输送不
同浓度的碱液进行脱附.2 结果与讨论
2.1
吸附平衡等温线的测定
图2 对氯苯酚的吸附等温线
●25℃ ▲35℃ F ig .2 A dsor ption iso therm o f PCP 图2为不同温度下对氯苯酚在活性炭上的吸
附等温线,实验数据可采用Langmure 公式进行
拟合处理.温度变化使吸附平衡向溶解方向移动,
即通过影响吸附质的溶解度使吸附效应发生变
化.随温度的升高,对氯苯酚在水中的溶解度升
高,表现在吸附平衡上,即吸附量随温度的升高而
降低.
2.2 活性炭的间歇再生
用碱溶液对饱和炭进行处理,从而将吸附的
酚洗脱使活性炭再生.表1显示了不同浓度下碱的脱附效率,每次用碱量均为50m L,饱和炭量为0.3g .从表1可看出,在较低浓度时(1%,2%),
再生效率高于高浓度时(4%).这种现象可认为是
高浓度时,由于OH -在活性炭上的吸附迅速增强,阻碍了酚从活性炭微孔中的脱除.再生效率 的计算式如下:
%=0.05×碱液中含酚浓度(mg /L)0.3g 饱和炭吸附酚量(mg )
(含酚浓度=酚浓度+酚钠浓度)
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表1 不同碱浓度下酚脱附实验结果
T ab.1 Result o f reg eneration in v arious Alkaline
饱和吸附量
(mg /g )蒸馏水CR(mg/L ) (%)1%N aO H 溶液CR (mg /L ) (%)2%Na OH 溶液CR (mg /L ) (%)4%N aOH 溶液CR (mg /L ) (%)13210.4 1.31334.542.239549.9301.437.9 表2为1%的NaOH 对饱和炭进行连续再生(再生效率累加)的实验结果.实验表明,经3次再生后,从活性炭上脱附的酚量已变化不大,对氯苯酚的解吸率仅有54%,这说明对氯苯酚的碱法脱附较困难.
表2 饱和炭连续再生实验结果
T ab .2 Influence o f r egenerat ion times
饱和吸附量
(mg /g )再生一次CR (mg /L ) (%)再生二次CR (mg /L ) (%)再生三次CR (mg /L ) (%)再生四次CR (mg /L ) (%)132334.542.267.550.627.554.118.456.
5 图3 多次再生对活性炭吸附性能的影响 F ig .3 T he influence o f m any times of reg enerat ion on activated carbon 图3显示了活性炭再生的另一个指标多次再生
(消耗,再生,再次消耗,再次再生循环过程)对其自身吸附
性能的影响.由于不可逆吸附的存在,活性炭的吸附性能经
多次再生后略有下降.此时
=q i q 0
×100%其中,q i 为第i 次再生时的吸附量,q o 初始吸附量.
2.3 固定床再生
活性炭吸附对氯苯酚的透过曲线如图4所示.对透过
曲线进行质量衡算表明,对氯苯酚的实际吸附量为121.4
mg ・g -1
,实验数据低于静态平衡所测值,这是由于在动态
下尚未达到完全平衡所致.以后的实验中饱和吸附柱采用
400m g ・L -1的对氯苯酚,吸附柱用夹套控温25℃,控制流速20mL/m in.
脱附碱液的流速对活性炭再生效率的影响见图5.表
明在脱附碱液浓度一定时,在高流速下,若要得到相同的对
氯苯酚脱除率,脱附碱液耗用量需更多.这说明体系的扩散
速度大于平衡移动的速度.酚脱除率主要由平衡控制,其次
才是扩散控制.在低流速的情况下,对氯苯酚的脱除效率较高.图6记录了流出液中酚浓度随时间的变化关系,低速时,流出液中脱除酚的浓度范围较为集中,且尾液中酚含量下降较快.但在任何流速下进行脱附,尾液中最终酚浓度均趋于一致,从中又可看出平衡对再生的控制.・
544・ 厦门大学学报(自然科学版) 1998年
图4 对氯苯酚固定床透过曲线
●400mg /L ■600mg /L
流速:20mL /min
F ig .4 Br eakthro ug h cur ves o f P -chlor
ophenol 图5 对氯苯酚脱附效率随流量变化图流速:●10mL /min ■40mL /m in N aO H 浓度:2% Fig .5 Reg ener ation efficiency w ith r eg ener ant
vo luv
es
(a ) (b )
图6 对氯苯酚固定床再生透过曲线
a )流速:10m L /min N aOH 浓度:2% b)流速:40mL /min N aOH 浓度:2%
F ig.6 Reg ener atio n of spend activ ated car bon
3 结 论
实验从间歇和连续两个角度探讨了影响活性炭对酚吸附及脱附的因素.碱法条件下,活性炭对酚的再生效率主要取决于再生剂的用量,再生剂的浓度及再生时碱液的流速.在连续操作过程中,平衡对再生效果的影响胜过传质的影响.在低速,适当浓度碱再生液的作用下,可得到较为满意的酚脱除率.但从平衡的角度和再生碱液的消耗来看,对氯苯酚采用此法,效果就不够理想.此时可改用其他的再生方法(如换用其他的有机溶剂).此外,参考其他相关的文献材料[3～6],不同活性炭种类其再生性能上有不同的表现.故水处理时还应根据对象的不同选择合适的活性炭.
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参 考 文 献
1 林齐平.含酚废水治理技术进展.水处理技术,1993,9(3):174～180
2 范顺利,孙寿家,余健.酚在活性炭上的吸附与碱法再生的可行性探讨.河南师范大学学报,1995,2(3):51
～54
3 M art in R J,N G W J.Chemical r egener atio n o f exhausted a ct ivat ed carbo n-I.W ater R es.,1984,18:59～
73
4 M art in R J ,N G W J .Chemical r egener atio n o f exhausted activated carbo n -II .Water Res .,1985,19:1529
～1535
5 M art in R J,N G W J.T he r epeated ex haustio n and chem ical r eqenerat ion of act iva ted carbon.W ater Res.,
1997,21:961～965
6 M clanqhlin H S .R egener ate A ctiv ated Carbo n using o rg enic solvents .Chemical Engineer ing Pr ocess ,
1995,7:45～53
Studies of Process for Adsorption and Desorption
of p -Chlorophenol of Activated Carbon
Ye Liyi Zhong Hui Zhang Huiping
(Dept .of Chem .Eng .Xiamen Univ .,Xiamen 361005)
Abstract The adsor ption o f p -chlorophenol (PCP)
on activated carbo n (A C)has
been studied .T he adso rption iso therms w ere measured at different tem peratures .Further-more ,desorptio n of PCP on AC has also been investig ated in a batch process and in an in -situ pr ocess.Key words Activated carbo n,p -chlorophenol,Adso rption,Deso rption ・
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