活性炭纤维处理丙烯酸废水的研究

第３５卷第３期　２００６年３月　应用化工　

ＡｐｐＨｅｄ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｉｎｄｕｓｔｒｙ　Ｖ０ｌ＿３５　Ｎｏ．３　

Ｍａｒ．２０ｏ６　

活性炭纤维处理丙烯酸废水的研究　

郑言波，杨　海，苏明伟，袁松虎，王琳玲，陆晓华　（华中科技大学环境科学研究所，湖北武汉４３００７４）　摘要：采用活性炭纤维对丙烯酸模拟废水进行静态和动态吸附研究，测定了吸附等温线和动态穿透曲线，并且研　究了吸附平衡时问、温度、ｐＨ值对处理效果的影响。结果表明，温度升高，吸附效率有所降低；溶液ｐＨ在３～４范　围内对吸附效率影响不大；吸附时间存在最佳值，最佳吸附时间６　ｍｉｎ。吸附饱和的活性炭纤维用ＮａＯＨ溶液再　生，重复使用３次。吸附效率无明显变化。　关键词：活性炭纤维；丙烯酸废水；吸附：再生　中图分类号：ｘ　７０３　文献标识码：Ａ　文章编号：１６７１—３２０６（２００６）０３—０１９８—０３　

Ｓｔｕｄｙ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｔｒｅａｔｍｅｎｔ　ｏｆ　ｃｒｙｌｉｃ　ａｃｉｄ　ｗａｓｔｅ　ｗａｔｅｒ　ｂｙ　ａｃｔｉｖａｔｅｄ　ｃａｒｂｏｎ　ｆｉｂｅｒ　

ＺＨＥＮＧ　Ｙａｎ—ｂｏ，ＹＡＮＧ　Ｈａｉ，ＳＵ　一ｗｅｉ，ＹＵＡＮ　ｓ０　－ｈｕ，ＷＡＮＧ　Ｌｉｎ—ｌｉｎｇ，ＬＵ　Ｘｉａｏ—ｈｕａ　（Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｈｕａｚｈｏｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｗｕｈａｎ　４３００７４，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｃｔｉｖａｔｅｄ　ｃａｒｂｏｎ　ｆｉｂｅｒ（ＡＣＦ）ｗａｓ　ｕｓｅｄ　ｔｏ　ｔｒｅａｔ　ｃｒｙｌｉｃ　ａｃｉｄ　ｗａｓｔｅ　ｗａｔｅｒ．Ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ　ｉｓｏｔｈｅｒｍ　ａｎｄ　ｄｙｎａｍｉｃ　ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ　ｃｕｒｖｅ　ｗｅｒｅ　ｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄ．Ｉｎｆｌｕｅｎｃｉｎｇ　ｆａｃｔｏｒｓ，ｓｕｃｈ　ａｓ　ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ　ｔｉｍｅ，ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ｐＨ　ｖａｌｕｅ　ｗｅｒｅ　ｓｔｕｄｉｅｄ．Ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｉｎｄｉｃａｔｅｄ　ｔｈａｔ　ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ　ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ　ｄｅｃｒｅａｓｅｄ　ｓｌｉｇｈｔｌｙ　ｗｉｔｈ　ｉｎｃｒｅａｓｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ｐＨ　ｖａｌｕｅ　ｈａｄ　ｓｃａｒｃｅｌｙ　ｅｆｆｅｃｔ　ｏｎ　ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ　ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ　ｂｅｔｗｅｅｎ　３　ａｎｄ　４，ｔｈｅ　ｏｐｔｉｍｕｍ　ｔｉｍｅ　ｗａｓ　６　ｒａｉｎ．Ｓａｔｕｒａｔｅｄ　ＡＣＦ　ｒｅｇｅｎｅｒａｔｅｄ　ｂｙ　ｓｏｄｉｕｍ　ｈｙｄｒｏｘｉｄｅ　ｈａｄ　ｈａｒｄｌｙ　ｄｉｆｅｒｅｎｃｅ　ｉｎ　ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ　ｔｈｒｏｕｇｈ　３　ｃｙ。　ｃｌｅｓ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ａｃｔｉｖａｔｅｄ　ｃａｒｂｏｎ　ｆｉｂｅｒｓ；ｃｒｙｌｉｃ　ａｃｉｄ　ｗａｓｔｅ　ｗａｔｅｒ；ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ；ｒｅｇｅｎｅｒａｔｅｄ　

活性炭纤维（ＡＣＦ）亦称纤维状活性炭，是２Ｏ世　纪７Ｏ年代后期发展起来的一种新型高效活性吸附　材料和环保工程材料，特点是比表面积大、微孔含量　丰富、孔径分布窄、吸脱附速度快、再生能力强，而且　导电、热膨胀系数小、耐腐蚀、吸附性能和吸附动力　学行为比活性炭更优异，并有毡、布、纸等多种加工　形态，可适应不同用途的需要。随着ＡＣＦ的发展，　近来有不少关于利用ＡＣＦ处理对氟硝基苯废水［１　和含酚　、含镉　废水的研究报道。但目前国内　外关于利用ＡＣＦ处理丙烯酸废水及丙烯酸的回收　还未见有报道。　丙烯酸是一种重要的化工原料。粗丙烯酸用于　生产应用在颜料、造纸、纺织、粘合剂、专用涂料和油　墨等领域的丙烯酸酯及其它衍生物；蒸馏丙烯酸主　要用于生产超高吸水性聚合物，其最大用途是一次　性婴儿尿布以及洗衣粉配方用洗涤剂聚合物，少量　用于生产增稠剂、分散剂和流变学控制剂用聚丙烯　酸酯。丙烯酸废水中含有较高浓度的可回收利用的　丙烯酸。对丙烯酸废水的处理，不但治理了废水，而　且实现资源回收及再利用，符合循环经济的原则。　本文研究活性炭纤维处理低浓度丙烯酸废水及　回收废水中丙烯酸的技术。研究发现，利用活性炭　纤维能够有效的吸附废水中的丙烯酸，经ＮａＯＨ再　生后，ＡＣＦ可以重复使用，废水中的丙烯酸可以回　收利用，具有较好的经济价值。　１实验部分　１．１试剂与仪器　毛毡状活性炭纤维，工业品；丙烯酸、氢氧化钠、　盐酸均为分析纯。　ＣＡＲＹ　５０　Ｐｒｏｂｅ　ＵＶ—ｖｉｓｉｂｌｅ　ＳｐｅｃｔｒｏｐＨｏｔｏｍｅｔｅｒ，　美国Ｖａｒｉａｎ公司；ＣＳ５０１型超级恒温器；电子天平　（０．１　ｍｇ）；ＰＨＳ－２５型ｐＨ计；恒温振荡器。　１．２实验方法　以丙烯酸水溶液为模拟废水，分别进行静态吸　附和动态吸附研究和吸附剂的再生研究。　１．２．１　吸附等温线称量质量不同的活性炭纤维，　

收稿日期：２００５－０７－２６　作者简介：郑言波（１９７５一），男，湖北武汉人，华中科技大学在读硕士研究生，师从陆晓华教授，从事水处理技术和环境监　测研究工作。电话：（０２７）６２５１３７９０。Ｅ．ｍａｉｌ：ｂｏｅｒｑｉｎ＠１６３．ｃｏｍ　

维普资讯 http://www.cqvip.com 第３期　郑言波等：活性炭纤维处理丙烯酸废水的研究　分别置于２５０　ｍＬ的碘量瓶中，加入浓度为０．４２　ｇ／Ｌ　的丙烯酸溶液，上面用聚乙烯封口，放到恒温振荡器　中，温度为２５％，振荡２４　ｈ后静置片刻，取其上清　液，测定其中丙烯酸的平衡浓度。　１．２．２静态吸附条件试验称量０．５００１　ｇ的活性　炭纤维，分别置于２５０　ｍＬ的碘量瓶中，改变吸附时　间；把碘量瓶分别放到１５、２０、２５、３５、４０℃的恒温水　浴中，振荡１０　ｍｉｎ；改变ｐＨ值等实验条件，进行静　态吸附试验，分别测定其中丙烯酸的平衡浓度。　１．２，３动态吸附和脱附试验浓度为０．４２　ｇ／Ｌ的　丙烯酸溶液，以一定流速由吸附柱顶端进入活性炭　纤维吸附柱（吸附柱内径为２．５　ｃｍ，高度９．０　ｃｍ，　活性炭纤维的填充量５．７１２１　ｇ），每隔５０　ｍＬ测量一　次丙烯酸的浓度。吸附饱和后的活性炭纤维用５％　ＮａＯＨ再生，ＡＣＦ循环使用。　１．３分析方法　采用紫外分光光度法。　２结果与讨论　２．１静态吸附　吸附过程是非均相过程，一般经历三个阶段，　即：膜扩散阶段、孔扩散阶段及吸附反应阶段。吸附　速率主要受膜、孔扩散速率控制。影响吸附的主要　因素有吸附剂的特性、吸附质的特性和操作条件，其　中吸附剂的特性可从吸附等温线得到评价，并根据　吸附容量，确定吸附剂用量，操作条件主要为废水的　ｐＨ值和停留时间。　２．１．１　吸附等温线　丙烯酸的初始浓度为　０．３８　ｇ／Ｌ，体积ｌ１０　ｍＬ，２５℃下恒温振荡吸附２４　ｈ，　结果见表１。　表１吸附等温线　ＴａｂＩｅ　１　Ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ　Ｉｓｏｔｈｅｒｍ　

ＡＣＦ质量／ｇ平衡质量浓度ｃ　／（ｓ・Ｌ－１）平衡吸附量ｑ￣／（ｍｇ・ｇ－１）　

由表１可知，活性炭纤维对丙烯酸吸附效果显　著，吸附后丙烯酸的平衡浓度在０．２７—０．３４　ｇ／Ｌ，吸　附容量在２７—３０　ｍｇ／ｇ，１／ｎ＝０．４２５，说明活性炭纤　维对低浓度丙烯酸的吸附极易进行。　以ｌｏｇ　ｑ。为纵坐标，ｌｏｇ　Ｃ。为横坐标，通过最小　二乘法回归，发现ｌｏｇ　ｑ。与ｌ０ｇ　Ｃ。星直线关系（见图　１）。图中ＡＣＦ吸附丙烯酸符合弗雷德雷希吸附等　温式ｑ　＝２．５３Ｃｏ￣＂　。　

ｌｏｇＣ　图１吸附等温线　Ｆｉｇ．１　Ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ　ｉｓｏｔｈｅｒｍ　２．１．２平衡时间对吸附的影响在１００　ｍＬ浓度为　０．４２　ｇ／Ｌ的丙烯酸中，加入０．４７６０　ｇ　ＡＣＦ，在２５￣Ｃ　下，振荡１—１０　ｍｉｎ，测定其丙烯酸的浓度，结果见图　２。　。　

埒　莲　

时间／ｍｉｎ　图２吸附平衡曲线　Ｆｉｇ．２　Ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ　ｅｑｕｉｌｉｂｒｉｕｍ　由于ＡＣＦ对丙烯酸的吸附是一个物理吸附过　

程，吸附的效果主要受ＡＣＦ的影响，而ＡＣＦ表面有　丰富的微孔，因而ＡＣＦ对丙烯酸的吸附很快就达到　平衡。由图２可知，ＡＣＦ对丙烯酸的吸附在６　ｍｉｎ　时已经达到平衡，吸附率为３８％，再增加吸附时间，　丙烯酸的浓度基本没有变化。　２．１．３温度对吸附的影响在盛有１００　ｍＬ浓度为　０．４２　ｇ／Ｌ丙烯酸的碘量瓶中加入０．５００１　ｇ　ＡＣＦ，分　别放到１５、２Ｏ、２５、３５、４０％的水浴中，振荡１０　ｍｉｎ。　静置片刻后，测定丙烯酸的平衡浓度，结果见表　。　表２温度对吸附率的影响　Ｔａｂｌｅ　２　Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ　ｏｆ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　Ｏｎ　ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ　ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ　

由表２可知，温度升高时ＡＣＦ对丙烯酸的吸附　率有所下降，主要是由于ＡＣＦ对丙烯酸的吸附是一　个放热反应，因而当温度升高时不利于吸附反应的　进行。　

维普资讯 http://www.cqvip.com ２ｏｏ　应用化工　第３５卷　２．１．４　ｐＨ值对吸附的影响　在１００　ｍＬ浓度为　０．４２　ｇ／Ｌ的丙烯酸中，加入适量的ＮａＯＨ溶液和盐　酸，控制丙烯酸中的ｐＨ，达到一定值后加入０．４８７８　ｇ　ＡＣＦ，在２５￣Ｃ下振荡１０　ｒａｉｎ，静置片刻后测定其中　丙烯酸的浓度，结果见表３。　表３　ｐＨ值对吸附率的影响　Ｔａｂｌｅ　３　Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ　ｏｆ　ｐＨ　ｖａｌｕｅ　ｏｎ　ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ　ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ　

由表３可知，ｐＨ值在３—４之间，ＡＣＦ对丙烯酸　的吸附效果比较好；当ｐＨ值超过５。８Ｏ时，ＡＣＦ对　丙烯酸几乎没有吸附。主要是丙烯酸本身是一种弱　酸，当溶液中的ｐＨ值在中性和碱性条件下时，丙烯　酸主要以丙烯酸根离子的形式存在，不被ＡＣＦ吸　附；因而利用ＡＣＦ吸附丙烯酸，必须要在强酸性条　件下吸附，而解析ＡＣＦ时，在碱性条件下进行。　２．２动态吸附和脱附试验　２．２．１　动态吸附试验　浓度为０．４２　ｇ／Ｌ的丙烯　酸，以一定的流速通过吸附柱，每隔５０　ｍＬ测定出水　中丙烯酸的浓度，结果见图３。　

ｆ　∞　曼　

寇　

ｕ　ＬＵＵ　２００　３００　４００　５００　６００　７０Ｕ　８００　９Ｏ０　体积，ｍＬ　

图３丙烯酸动态吸附穿透曲线　Ｆｉｇ．３　Ｄｙｎａｍｉｃ　ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ　ｅｕｌ￣ｃ　ｏｆ　ｃｒｙｌｉｃ　ａｃｉｄ　

由图３可知：①ＡＣＦ对丙烯酸的吸附存在突跃　阶段，在３００　ｍＬ之前几乎没有漏吸，当穿透后，到　５００　ｍＬ时，ＡＣＦ迅速达到饱和；②由于丙烯酸在流　动过程中能够更充分的接触ＡＣＦ中的微孔，因而动　态吸附速度要高于静态吸附速度，而且动态吸附容　量（３２．３６　ｍｇ／ｇ）也要高于静态吸附容量。　２．２．２脱附再生试验用浓度为５％的ＮａＯＨ溶　液再生吸附饱和的ＡＣＦ，结果见图４。　由图４可知，利用５％Ｎａ０Ｈ溶液淋洗填充柱４　次后，丙烯酸的回收率达到７５％，再进行淋洗丙烯