活性炭吸附法处理染料废水的研究进展

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活性炭吸附法处理染料废水的研究进展

活性炭吸附法处理染料废水的研究进展

　　前言

　　随着染料与印染工业的发展,其生产废水已成为当前最重要的水体污染源之一。这类废水具有颜色深,COD、BOD值较高,组成复杂多变,排放量大,分布面广,难降解等特点,若不经处理,直接排放将给生态环境带来严重危害。染料废水处理主要有化学法、生化法及物理化学法[1]。活性炭是多孔性物质，且具有很大的比表面积，使目前最有效的吸附剂之一。能有效地去除废水的色度、COD.[2]对于一些难以生化降解、成分复杂的染料废水，如偶氮染料废水等，可以以活性炭吸附的方法进行脱色处理。[3]

　　1. 活性炭吸附法

　　活性炭吸附法是一种应用较早的方法.该法对去除水中溶解性有机物非常有效.但它再生比较困难,处理成本较高,因此应用面窄.一般可用于浓度较低的染料废水处理或深度处理.[4]
　　1.1 活性炭对不同染料的吸附
　　对于印染工业，活性炭能有效去除废水中的活性染料、酸性染料、碱性染料、偶氮染料。活性炭在吸附水溶性染料时吸附率高，但不能吸附悬浮固体和不溶性染料。[5]
现时国内对多种染料进行活性炭吸附，其中对红色、黑色的染料研究较多，如酸性品红、碱性品红、活性艳红、活性黑、耐晒黑等等，普遍的脱色率达90%以上[2]、[6]、[7]。
　　不同的染料吸附的平衡时间也不一样，并在吸附动力学上有不同的表现。活性炭使一些染料脱色能较快达到平衡，一些则需要较长时间，平衡时间由3h到17h不等。[2]另外，各种染料的吸附等温线一般都符合Frendlich方程。[2]、[4]、[6]
　　1.2 pH值对活性炭吸附染料的影响
　　几乎所有研究活性炭对染料吸附影响因素的文献都对pH值对活性炭吸附染料的影响作了实验分析。pH对活性炭吸附染料的影响不能一概而论，其结果与染料废水本身的组成与性质有关.例如，酸性染料的脱色率会随pH增加而降低，碱性染料的脱色率则会随pH增加而增加，而pH呈中性的染料的脱色率跟pH值的变化没有太大的关系。但总体说来，pH值对活性炭吸附染料无任何影响或影响不大。
如在研究活性炭对酸性品红、碱性品红、活性黑的吸附得出，染料废水的 pH值在 2～11之间变化时 ,酸性品红、碱性品红、活性黑B-113 的脱色率分别在91% ～95%、97. 5% ～100%、92. 5% ～97.5%之间变化.从整体来看 , pH值的变化对废水脱色率没有太大的影响。[2]
　　

　　1.3 其它因素对活性炭吸附染料的影响
　　除了染料种类和pH值以外，还有其它一些会影响对活性炭吸附染料的因素，比如活性炭的的孔径分布、形态、加入量、吸附时间、温度等。
　　近年来，很多科学家通过对活性炭吸附过程的进一步深入了解，在吸附机理和活性炭预处理技术方面都取得了很大的进展。G.M.Walker等研究了3种酸性染料在活性炭上的吸附行为, 发现只有14%的比表面积发挥了吸附作用,一方面原因是由于存在多分子层的吸附,另一方面原因是活性炭中很多微孔孔径太小,不能吸附染料大分子,同时,TamaiHisashi等也证实了中孔较多的活性炭易吸附染料分子,主要原因是中孔不仅对吸附有贡献,同时也为吸附质的扩散提供了宽敞的通道.[4]这说明活性炭孔径小，虽然会有较大的比表面积，但是如果孔径过小，对于吸附大分子染料是不利的。
　　同时，不同的活性炭存在的形态对于吸附作用也是有影响的。活性炭多见有粉末状、颗粒状的，现在也有使用活性炭纤维作为吸附材料。[8]
　　总体说来，活性炭越多，吸附效果越好；对于不同的染料有不同的最佳加入量，掌握最佳的加入量，[2]一来可以达到好的吸附效果，二来节省原料。
　　实践证明，在一定范围内，温度越高，吸附效率越高[2]，这与染料颗粒热运动频繁，碰撞几率上升有关。

　　2. 活性炭吸附处理染料废水的耦合方法

　　虽然活性炭是目前最有效的吸附剂之一，能有效去除色度和COD,但是大多数是和其它工艺耦合的。活性炭吸附多用于深度处理或将活性炭作为载体和催化剂，单独使用活性炭处理较高浓度的染料废水的研究很少。

　　2.1 以活性炭纤维作为载体的染料废水处理法
　　对酸性染料和直接染料废水，选用不锈钢加活性炭作为催化电极，利用其导电、吸附、催化等综合性能及染料分子的自由基被氧化、絮凝的原理处理染料废水。电解时，阳极的不锈钢逐渐溶解，同时废水中的染料分子的自由基被氧化、聚合、絮凝，这样发色基团就会被打破，有机物也得到降解。[8]
　　活性炭纤维作为一种新型的催化电极材料，兼有导电、吸附和催化的综合性能，用其对染料废水进行电解处理，可以起到非常好的脱色效果，它的应用对于染料废水的预处理具有重要的意义。
　　2.2 微波强化内电解染料
　　近年来，发展了一种微波强化内电解处理染料废水的新方法,用活性炭与铸铁采用一定比例混合，用活性炭的吸附作用、炭与铸铁以及铸铁本身的内电解作用处理印染废水;然后利用微波再生炭铁混合物。这样不仅吸附饱和的活性炭被微波再生,吸附作用恢复并稍有提高;同时微波起到了强化炭铁混合物的内电解作用的效果。采用这种新方法对染料模拟废水进行处理 ,结果令人满意。[7]
　　2.3 颗粒活性炭负载TiO2薄膜
　　目前,国内外非均相光催化氧化处理污水的研究工作多采用无毒、难溶、可重复使用的锐钛矿型的TiO2作为催化剂,以紫外激发TiO2,产生OH·自由基,使有机物氧化。该理论研究取得了丰硕成果。但是,该技术在实际应用中仍然存在着问题,其中需要解决的主要问题之一是TiO2催化剂的固定。有研究以杏壳颗粒活性炭作为催化剂的载体,以钛酸四丁酯为前驱物,采用溶胶—凝胶法对TiO2光催化剂进行了固定,并对含染料溶液进行了光催化降解研究利用溶胶—凝胶技术制备以颗粒活性炭为载体的TiO2膜处理染料污水,脱色率较高,平均可达92%。[9]
　　2.4 载锰活性炭对甲基紫染料微波降解
　　有研究制备出一系列负载锰氧化物的颗粒活性炭,通过研究并发现:在活性炭存在下,微波辐射可使甲基紫染料废水迅速脱色。甲基紫的微波降解动力学可近似看作一级反应。微波辐射时间、甲基紫溶液初始浓度、溶液pH值、活性炭量和微波辐射功率等因素对甲基紫的微波降解均有影响。相对于普通活性炭,适当负载锰氧化物后可以明显提高甲基紫的降解率。[10]
　　活性炭与其它材料、方法复合处理染料废水的例子不胜枚举，并在不断的发展当中，通过研究，已经得到不少令人可喜的结果。

　　3. 活性炭吸附法处理染料废水的发展前景

　　染料废水的脱色是急待解决的难题 ,因此研究活性炭吸附对染料废水脱色的研究具有现实意义.但活性炭再生比较难、成本较高是限制活性炭吸附法的一大原因，因此，提高活性炭再生技术，循环利用活性炭降低成本是今后研究的重点。同时，鉴于活性炭处理的特殊性质，将其与其他化学剂及与其它方法耦合，处理染料废水效果就会更好，因此，现时大多数有关活性炭吸附法处理染料废水的报道不断推陈出新，有着良好的发展前景。

参考文献：
　　[1] 刘冬莲. 染料废水处理方法的研究进展[J]. 河南化工.2004.12
　　[2] 张小璇叶李艺沙勇邸婧. 活性炭吸附法处理染料废水[J]厦门大学学报 (自然科学版).2005.44(4)
　　[3] 叶匀分奚伟军. 染料废水的综合处理[J]. 复旦学报(自然科学版).2003. 426()
　　[4] 陆朝阳沈莉莉张全兴.吸附法处理染料废水的工艺及其机理研究进展[J]. 工业水处理.2004. 24 (3)
　　[5] 印染废水的常用脱色方法[J]. 纺织信息周刊.2005.21
　　[6] 王毅力等.不同染料化合物在颗粒活性炭上的分形吸附规律[J].2005. 24(3)
　　[7] 杨良玉曾庆福杨俊陆晓华. 微波强化内电解处理活性艳红染料废水[J].2005.6(8)
　　[8]李海管小东李天昕.活性炭纤维电化学处理染料废水[J].北京科技大学学报.2003.25(2)
　　[9]张桂兰. 颗粒活性炭负载TiO2薄膜用于染料污水脱色的研究[J]. 干旱环境监测.2004.18(3)
　　[10] 国伟林姬广磊王西奎. 载锰活性炭对甲基紫染料微波降解作用研究[J].济南大学学报(自然科学版).2004.18(4)

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