桂玉梅
(连云港职业技术学院医药与化学工程学院，江苏 连云港 222000)
银杏叶活性炭吸附废水中甲基橙的性能研究
桂玉梅
(连云港职业技术学院医药与化学工程学院，江苏 连云港 222000)
活性炭由超过80%～90%的碳组成，良好的吸附性能使其被广泛应用于石化、电力、化工、食品、黄金、环保等行业。特别是在环保行业中，活性炭被广泛应用于城市污水处理、饮用水以及工业废水处理。从废水的角度分析活性炭对废水中甲基橙吸附效果，最终目的是对工业实际应用提供有价值的参考。
活性炭；吸附性能；废水中甲基橙；废水处理
我国工业发展的逐渐强大与我国在建设资源节约型和环境友好型社会上的力度不断加大2个方面存在一定的矛盾，如何在控制废水质量的基础上保证企业的发展是一个难点，也是一个重点。为提高工业废水处理的效果，本文拟使用活性炭吸附废水中甲基橙进行分析。
1 活性炭性质以及应用现状分析
1.1 活性炭性质
活性炭是黑色粉末状或块状、颗粒状、蜂窝状的无定形碳，活性炭中除了碳元素之外，还包含氧元素和氢元素，另外就是一些灰分，属于活性炭的无机部分。炭颗粒在其中的排列并不规则，也就导致了颗粒与颗粒之间形成孔隙，再采用活化的方式加强这种孔隙结构。这种多孔性的活性炭，能够使水中的一种或者多种物质被吸附到活性炭表面起到去除的效果。去除的对象包含溶解性的有机物质、合成洗涤剂、微生物、病毒、重金属[1]，具有脱色、除臭、空气净化的效果。活性炭属于一种很细小的炭粒，具有很大的表面积，其中炭粒中还有更细小的孔，这种毛细管具有非常强的吸附力。活性炭的吸附不仅仅体现在化学特性，还有化学吸附[2]。
1.2 活性炭应用现状
1) 污染处理。工业生产过程中产生的废水、废气排放后严重污染环境。以废气为例，废气中含有的硫化物等物质排放到空气中容易形成酸雨。特别是二恶英类化合物，具有致癌作用，对人体的伤害极大[3]。活性炭之所以在各个方面应用广泛，是借助其良好的性能，不仅在物理方面展现出良好的吸附效果，而且在化学吸附和溶解方面都展现出良好的应用价值，其能够有效吸附氮氧化物和硫氧化物。我国很早就开始利用活性炭进行废水的处理，但由于成本问题以及工艺问题，活性炭工艺已不能满足现代化的发展需求[4]。
2) 催化剂和催化载体。活性炭在催化技术中的应用也十分广泛。有研究使用活性炭/四氧化三铁纳米复合活性材料对甲基橙进行吸附，借助该材料的高比表面积、高孔隙度、超顺磁性，展现出良好的吸附效果。也有研究将载钯铜活性炭用于处理硝酸盐废水，其去除率达到96%[5]。
2 活性炭吸附废水中甲基橙的性能分析
2.1 相关原理分析
1) 吸附原理。作为一种性能良好的吸附剂，活性炭因具有极大的比表面积而表现出良好的吸附性。这个吸附作用的产生是借助活性炭表层分子和内部分子位置的差异性，从而使得活性炭的表层无法饱和，借此产生的吸附性能够将被吸附的物质吸附到活性炭表面。
2) 另外一种则是采用紫外-可见分光光度法。这种方式是考虑到有色溶液对光线的选择性吸收，不同物质都有自身特定的吸收光谱，利用电磁辐射产生的分子吸收能够得到自身特性的光谱，再根据物质的性质和含量进行确定。
2.2 具体实验方法
实验试剂：盐酸、甲基橙、甲醇、氢氧化钠、氮气、氧气、柱状5号活性炭。
实验仪器：紫外-可见分光光度计、液相色谱仪、雷磁pH计、电热鼓风干燥箱、强力电动搅拌机、分析型扫描电子显微镜、精密计量泵、海尔微波炉、高端分析及纯水机。
准备好一定浓度的50 mL甲基橙溶液，将其倒入准备好的适应反应器中，加入2 g/mL活性炭，等待45 min，使用双层滤纸进行过滤，并利用紫外-可见分光光度计得到滤液的吸光度。完成上述操作之后，将石英反应器小心放置于微波炉中，功率设定为700 W，选择时间为1 min，再次进行吸附。
分析活性炭对废水甲基橙的吸附效果。为了提高活性炭的吸附效果，首先进行预处理，具体的处理方式是，5%的盐酸溶液浸泡待用活性炭24h，使用去离子水反复冲洗，将其冲洗为中性。将经过酸化、烘干的完全预处理活性炭、原炭进行吸附效果比较，静置吸附45min，使用双层滤纸取滤液，进行去除率的计算。但是，相关实验的数据发现，经过预处理的活性炭并没有表现出更加明显的吸附效果。这可能与预处理过程中一些活性官能团被洗脱等有关，从而影响到活性炭的吸附效果。相关研究表明，活化能够提高吸附作用[6]。活性炭种类很多，包含矿物质原料活性炭、椰壳炭、果壳炭、木质炭、柱状炭等。
分析活性炭质量对甲基橙溶液吸附效果的影响，采用不同质量的活性炭进行吸附。通过实验发现，质量越大，吸附能力就越好。但是，当活性炭的用量超过100g之后，去除率的效果逐渐趋于平淡。分析吸附时间对甲基橙溶液吸附效果的影响，并分别静置吸附10、20、30、45、60、90、120、150min，研究发现吸附效果随着吸附时间的增加而增大。但并非时间越长吸附效果就越明显，而是吸附时间超过30min后，活性炭对甲基橙的去除率会逐渐下降；当到达45min时去除率基本不变。因此，将吸附时间控制在45min即可。分析pH值对甲基橙吸附效果的影响发现，去除率随着废水pH值的降低呈现出先下降后上升的趋势。有相关研究显示，碱性条件并不利于活性炭的吸附性能。
2.3 流动实验研究
上述研究仅采用静置吸附的方式，从实际应用的角度考虑，流动模式展现出更好的吸附效果。采用搅拌实验，将30g柱状活性炭放置在500mL的烧杯中，再加入300mL甲基橙溶液，使用电动搅拌器搅拌5h，完成吸附后急性过滤，测得甲基橙去除率为94.85%。采用流动实验，20g柱状活性炭放置于玻璃管中，将200mL甲基橙溶液倒入500mL烧杯中，接着使用恒流泵让液体循环。最终比较结果发现，搅拌的去除率效果更好。
3 结语
对活性炭吸附废水中甲基橙的效果进行了分析。研究发现，不需预处理，不需考虑pH值，使用2g/mL的原活性炭将吸附时间控制在45min，即能够实现良好的吸附作用。希望本次研究能够为处理废水、节能、避免二次污染起到良好的参考作用。
[1] 廖世焱，李建芬，刘建军，等.超声条件下自制活性炭吸附甲基橙的性能研究[J].武汉工业学院学报,2010,11(3):34-37.
[2] 雷晓玲，黄芳，陈垚，等.活性炭对典型染料的吸附性能研究[J].工业水处理,2013,21(5):57-60.
[3] 莫冰玉，唐玉斌，陈芳艳，等.磁性活性炭的制备及其对水中甲基橙的吸附[J].环境工程学报,2015,29(4):1863-1868.
[4] 刘晓红，王省伟，康妮娜，等.核桃果皮基活性炭对甲基橙和酸性品红的吸附性能[J].环境工程学报,2015,9(5):2155-2159.
[5] 侯珂珂，孟耀伟，李彦平，等.活性炭吸附甲基橙模拟废水预测模型研究[J].当代化工,2015,4(5):939-941.
[6] 黄辉，樊一帆，张国飞，等.磁性活性炭的制备及吸附去除水中甲基橙的研究[J].现代化工,2012,33(12):57-60.
Study on properties of methyl orange in ginkgo activated carbon adsorption in wastewater
GUI Yumei
(School of Medicine and Chemical Engineering, Lianyungang Technical College, Lianyungang Jiangsu 222000, China)
Activated carbon is composed of more than 80%～90% of carbon.The good adsorption of it makes it widely used in petrochemical industry, electric power, chemical industry, food industry, gold industry, environmental protection and other industries. Especially in the environmental protection industry, activated carbon is widely used in urban sewage treatment, drinking water and industrial wastewater treatment. The effect of activated carbon adsorption of methyl orange in wastewater is analyzed to provide valuable reference for industrial application.
activated carbon; adsorption; methyl orange in wastewater ; wastewater treatment
2016-05-31
桂玉梅，女，1973年出生，硕士研究生，讲师。研究方向：有机合成、药物合成及分析。
环境保护
10.16525/j.cnki.cn14-1109/tq.2016.05.38
TQ424；X703
A
1004-7050(2016)05-0122-02
