CN105170094A - 一种活性炭的改性方法及应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种活性炭的改性方法及应用。活性炭改性方法是炭-SDBS的制备方法,是利用SDBS对活性炭进行改性,合成得到炭-SDBS,即为炭-SDBS。炭-SDBS应用于吸附含镍或铅的水和废水中的镍或铅,去除率达95.6%~97.6%。本发明的益效是:发明了一种活性炭改性方法,用于吸附水样中的镍和铅取得较好的吸附效果,具备操作简便、可操作性强、成本低廉等优点,为环境保护和资源回收利用提供了一种可行的技术方法。

Description

一种活性炭的改性方法及应用
技术领域
本发明涉及活性炭技术领域。具体是一种活性炭的改性方法及应用。
本发明是利用十二烷基苯磺酸钠对活性炭进行改性,得到的改性活性炭应用于吸附水和废水中的镍和铅因子,应用结果表明改性活性炭具备更强的吸附性;吸附后的改性活性炭依次酸洗和碱洗进行解吸,解吸效果较为理想,改性活性炭解吸后可重复利用。
背景技术
水环境中的重金属来源很广,如冶金工业废水、制药废水、化工产业废水、电子产品垃圾等。近年来,许多河流受到重金属的污染。重金属的污染不同于其他类型的污染,自身无法进行分解或降解为无害物质,会发生形态的变化和相转移,被环境中的生物摄取后通过生物链逐级富集起来,最终进入食物链最高级—人类。这些重金属会与人体内的蛋白质以及各类酶,发生剧烈的化学反应,导致蛋白质和酶失活;或在人体某个器官中富集起来,造成各种类型的中毒症状(如急性、亚急性、慢性等),给人体健康带来极大威胁。
重金属废水的治理方法主要有[15-18]:化学沉淀法、离子交换法、膜分离法、生化法、吸附法。各方法均存在优缺点,如化学沉淀法中的氢氧化物沉淀法相对简单且成本较低,是一种运用较广的化学沉淀法[19],但产生大量密度相对较低的污泥,出现泥水难分离和后处理问题,硫化物沉淀法在使用有可能释放出H2S有毒气体,造成二次污染。吸附法具备操作简便、投资省、效能高等优点。
活性炭是使用最早的碳类吸附剂,之后出现了各种形状、粒径大小不同的碳类物质,如:粉末、颗粒、纤维以及纳米活性炭等。利用活性炭吸附水中重金属,具有成本低、吸附效果好的特点。为加强活性炭的吸附性、减少吸附时间,本发明研发出一种活性炭改性方法,用于吸附水和废水中的重金属因子,对环境污染治理和资源回收利用具有重要意义。
发明内容
本发明为解决水环境中的重金属污染问题以及资源回收利用问题,提供一种活性炭方改性法,合成得到较大孔径介孔材料、命名为“炭-SDBS”,所述改性活性炭以下简称为炭-SDBS。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下:
1.一种活性炭改性方法,其特征在于,是炭-SDBS的制备方法,是利用SDBS对活性炭进行改性,合成得到炭-SDBS,炭-SDBS的制备步骤如下:
1)活性炭净化:称取10.0g活性炭,用去离子水洗净,过滤,80℃下烘12h。
2)0.023mol/L十二烷基苯磺酸钠SDBS溶液制备:取40.0g十二烷基苯磺酸钠SDBS,溶于500mL去离子水,定容至1000mL。
3)将步骤1)净化好的10.0g活性炭,加入到上步骤SDBS溶液中,超声5min,以120rpm震荡水浴反应48h,过滤,80℃下烘24h,得到炭-SDBS。
上述炭-SDBS吸附含镍水和废水中镍的方法,具体操作如下:
精确称量0.020g炭-SDBS,加入到200mL100μg/L的镍溶液中,超声5min,以120rpm速度震荡,室温下水浴反应5h,用0.45μm微孔滤膜过滤,分析吸附后溶液浓度。实验结果表明,吸附后镍溶液浓度为4.12μg/L,去除率达95.9%。
上述炭-SDBS吸附含铅水和废水中镍的方法,具体操作如下:
精确称量0.250g炭-SDBS,加入到100mL10mg/L的铅溶液中,超声5min,以120rpm速度震荡,室温下水浴反应1h,用0.45μm微孔滤膜过滤,分析吸附后溶液浓度。吸附后铅溶液浓度为0.241mg/L,去除率达97.6%。
本发明的益效是:发明了一种活性炭改性方法,用于吸附水样中的镍和铅取得较好的吸附效果,具备操作简便、可操作性强、成本低廉等优点,为环境保护和资源回收利用提供了一种可行的技术方法。
附图说明
图1是本发明吸附剂量和吸附后镍浓度关系图。
图2是本发明吸附剂量和去镍除率关系图。
图3是本发明吸附剂量和镍吸附率关系图。
图4是本发明吸附时间和镍去除率关系图。
图5是本发明吸附温度和镍去除率关系图。
图6是本发明吸附剂溶液pH和镍去除率关系图。
图7是本发明吸附剂量和吸附后铅浓度关系图。
图8是本发明吸附剂量和铅去除率关系图。
图9是本发明吸附剂量和铅吸附率关系图。
图10是本发明吸附时间和铅吸附量关系图。
图11是本发明吸附温度和铅去除率关系图。
图12是本发明吸附剂溶液pH和铅去除率关系图。
具体实施方式
本发明提供一种活性炭改性方法及应用,合成得到一种新型吸附材料炭-SDBS;研究了炭-SDBS对水和废水中的镍和铅的吸附条件及对比活性炭和改性活性炭的吸附性能,结果表明炭-SDBS具备更强的吸附性、吸附平衡时间少;对吸附后的炭-SDBS依次酸洗和碱洗进行解吸,解吸后的炭-SDBS能重复应用。
一.不同条件下炭-SDBS对镍的吸附能力
1.不同吸附剂量-吸附能力的关系
分别精确称量0.005g、0.007g、0.010g、0.020g、0.050g炭-SDBS,依次加入到200mL100μg/L的镍溶液中,超声5min,以120rpm速度震荡,室温下水浴反应24h,用0.45μm微孔滤膜过滤,分别分析用不同吸附剂量吸附后镍溶液的浓度,如图1~图3和表1所示:
表1不同吸附剂量吸附镍的实验结果
表中:镍溶液浓度随着吸附剂量的增加而降低;吸收剂量20mg时,溶液中的镍几乎被吸附完全。
由图1可知镍溶液浓度随着吸附剂量的增加而降低;吸收剂量20mg时,溶液中的镍几乎被吸附完全。
由图2可知吸附剂量增加,对镍的吸附量也不断增加;吸收剂量达20mg以上时,去除率将近100%。
由图3可知镍吸附率随着吸附剂量的增加先变大,后变小;吸收剂量在5-10mg时,吸附率较大。
2.吸附时间-吸附能力的关系
取7份0.010g炭-SDBS,分别加入200mL100μg/L的镍溶液中,超声5min,以120rpm的速度震荡,室温下水浴反应,反应时间依次为0.5h,1h,2h,4h,8h,12h,24h,用0.45μm微孔滤膜过滤,分别分析不同吸附时间吸附后镍溶液浓度,如图4和表2所示:
表2不同吸附时间吸附镍的实验结果
表中:镍去除率随着吸附时间的增加而增加,但增加量没有显著差异,考虑现实意义,以反应5小时为宜。
从图4可知镍去除率随着吸附时间的增加而增加,但增加量没有显著差异,考虑现实意义,以反应5小时为宜。
3.吸附温度-吸附能力的关系
取5份0.010g炭-SDBS,依次加入200mL100μg/L的镍溶液中,超声5min,以120rpm的速度震荡,分别在30.0℃、35.0℃、40.0℃、45.0℃、50.0℃、60.0℃水浴中反应,用0.45μm微孔滤膜过滤,分别分析不同吸附温度吸附后镍溶液浓度,如图5和表3所示:
表3不同吸附温度吸附镍的实验结果
表中:去除率基本不随温度变化而变化,可选择室温反应作为反应温度。由图5可知去除率基本不随温度变化而变化,可选择室温反应作为反应温度。
4.溶液pH-吸附能力的关系
取7份0.010g炭-SDBS,分别加入到200mL100μg/LpH等于7的镍溶液中,依次调节pH分别为1、2、3、4、5、6、7,超声5min,以120rpm的速度震荡,水浴反应24h,用0.45μm微孔滤膜过滤,分别分析不同pH值吸附后镍溶液浓度,如图6和表4所示:
表4溶液pH-镍吸附效果的实验结果
表中:溶液的酸碱度对吸附性影响较大,溶液为酸性时(pH1~6)时去除率均偏小,溶液为中性(pH7)时去除率显著增加,由于镍溶液吸附反应前pH为7,因此不需调节pH,吸附效果好,操作更为简单。
由图6可知溶液的酸碱度对吸附性影响较大,溶液为酸性时(pH1~6)时去除率均偏小,溶液为中性(pH7)时去除率显著增加,由于镍溶液吸附反应前pH为7,因此不需调节pH,吸附效果好,操作更为简单。
二.不同条件下炭-SDBS对铅的吸附能力
1.不同吸附剂量-吸附能力关系
分别精确称量0.010g、0.020g、0.050g、0.070g、0.100g、0.200g、0.300g、0.400g的炭-SDBS,分别加入到100mL10mg/L的铅溶液中,超声5min,以120rpm速度震荡,室温下水浴反应24h,用0.45μm微孔滤膜过滤,分别分析用不同吸附剂量吸附后铅溶液的浓度,如图7~图9和表5所示:
表5不同吸附剂量吸附铅的实验结果
表中:吸附后的铅溶液浓度随着吸附剂量的增加而降低;吸收剂量0.25g时,溶液中的铅溶液浓度接近于零。
由图7可知吸附后的铅溶液浓度随着吸附剂量的增加而降低;吸收剂量0.25g时,溶液中的铅溶液浓度接近于零。
由图8可知吸附剂量增加,对铅的去除率也不断增加;吸收剂量0.25g时,去除率将近最大。
由图9可知铅吸附率随着吸附剂量的增加而变小;吸收剂量在0.01-0.20g时,吸附率较大。
2.不同吸附时间-吸附能力关系
取7份0.100g炭-SDBS,依次加入100mL10mg/L的铅溶液中,超声5min,以120rpm的速度震荡反应,室温下水浴反应,反应时间依次为1h,2h,4h,8h,12h,24h,用0.45μm微孔滤膜过滤,分别分析不同吸附时间吸附后铅溶液浓度,如图10和表6所示:
表6不同吸附时间吸附铅的实验结果
表中:铅去除率基本不随时间变化而变化,表明炭-SDBS吸附溶液中的铅是快速反应并达到吸附平衡的过程,吸附反应选1小时为宜。
由图10可知铅去除率基本不随时间变化而变化,表明炭-SDBS吸附溶液中的铅是快速反应并达到吸附平衡的过程,吸附反应选1小时为宜。
3.吸附温度-吸附能力的关系
取5份0.100g炭-SDBS,依次加入100mL10mg/L的铅溶液中,超声5min,以120rpm的震荡速度反应,分别在30.0℃、35.0℃、40.0℃、45.0℃、50.0℃、60.0℃水浴中反应,用0.45μm微孔滤膜过滤,分别分析不同吸附温度吸附后铅溶液浓度,如图11和表7所示:
表7不同吸附温度吸附铅的实验结果
表中:在不同的吸附温度,铅去除率维持在40%-50%,基本不随温度变化而变化,因此可选择室温作为反应温度。
由图11可知在不同的吸附温度,铅去除率维持在40%-50%,基本不随温度变化而变化,因此可选择室温作为反应温度。
4.溶液pH-吸附能力关系
取7份0.010g炭-SDBS,依次加入100mL10mg/L的铅溶液(pH等于7)中,调节pH分别为1、2、3、4、5、6、7,超声5min,以120rpm的速度震荡,水浴反应24h,用0.45μm微孔滤膜过滤,分别分析不同pH值吸附后铅溶液浓度,如图12和表8所示:
表8溶液pH-铅吸附效果的实验结果
表中:铅去除率随pH的增加而增大,溶液为中性(pH=7)时吸附量最大,由于吸附前铅溶液pH为7,因此不需调节pH均可取得好的吸附性。
由图12可知铅去除率随pH的增加而增大,溶液为中性(pH7)时吸附量最大,由于吸附前铅溶液pH为7,因此不需调节pH均可取得好的吸附性。
5.炭-SDBS吸附铅溶液的最优吸附参数条件
炭-SDBS吸附水样中的铅,以吸附100mL10mg/L的铅溶液为例,综合考虑不同吸附剂量、吸附时间、吸附温度、溶液pH与吸附性的关系,得到炭-SDBS吸附铅溶液的优化条件是:0.25g炭-SDBS,室温下水浴震荡反应,吸附时间1h,溶液pH为7(不需调节pH)。
三.活性炭和改性活性炭的吸附性能对比
对比活性炭和改性活性炭在同样条件下的镍和铅吸附能力,实验结果见表9。
表9活性炭和改性活性炭吸附能力对比实验结果
表中:活性炭和炭-SDBS在同样条件下吸附镍,去除率分别49.9%和97.8%;吸附铅的去除率分别17.0%和45.8%,改性后镍和铅的去除率分别提高了47.9%和28.8%,结果表明改性活性炭对镍、铅具备更强的吸附活性。
四.改性活性炭解吸和再生
对炭-SDBS进行吸附,测定吸附后浓度;进行解吸后进行二次吸附,实验结果如表10所示。
表10改性炭一次吸附和再生吸附实验结果
表中:炭-SDBS吸附镍和镍后进行解吸和再生,并用于再吸附。第一次吸附镍和铅的去除率分别为80.4%和92.6%,再生后去除率分别为71.9%和82.5%,再生效果较理想。
下面结合实施例对本发明作进一步描述。
实施例1
炭-SDBS吸附含镍溶液中镍的方法,具体操作如下:
分别称量0.005g、0.007g、0.010g、0.020g、0.050g炭-SDBS,分别加入到200mL100μg/L的镍溶液中,超声5min,以120rpm速度震荡,分别在室温、30.0℃、35.0℃、40.0℃、45.0℃、50.0℃、60.0℃水浴中反应,反应时间为分别0.5h,1h,2h,4h,8h,12h,24h,分析吸附后溶液浓度,实验结果表明镍溶液去除率范围是9.5%-99.4%。
实施例2
炭-SDBS吸附含铅溶液中铅的方法,具体操作如下:
分别称量0.010g、0.020g、0.050g、0.070g、0.100g、0.200g、0.300g、0.400g的炭-SDBS,分别加入到100mL10mg/L的铅溶液中,超声5min,以120rpm速度震荡,分别在室温、30.0℃、35.0℃、40.0℃、45.0℃、50.0℃、60.0℃水浴中反应,反应时间为分别1h,2h,4h,8h,12h,24h,吸附后铅去除率范围是8.4%-100%(未检出)。
实施例3
优化条件下炭-SDBS吸附水样中的镍的方法,具体操作如下:
精确称量0.020g炭-SDBS,加入到200mL100μg/L的镍溶液中,超声5min,以120rpm速度震荡,室温下水浴反应5h,用0.45μm微孔滤膜过滤,分析吸附后溶液浓度。实验结果表明,吸附后镍溶液浓度为4.12μg/L,去除率达95.9%。
实施例4
优化条件下炭-SDBS吸附水样中的铅的方法,具体操作如下:
精确称量0.250g炭-SDBS,加入到100mL10mg/L的铅溶液中,超声5min,以120rpm速度震荡,室温下水浴反应1h,用0.45μm微孔滤膜过滤,分析吸附后溶液浓度。吸附后铅溶液浓度为0.241mg/L,去除率达97.6%。

Claims (3)

1.一种活性炭改性方法,其特征在于,是炭-SDBS的制备方法,是利用SDBS对活性炭进行改性,合成得到炭-SDBS,炭-SDBS的制备步骤如下:
1)活性炭净化:称取10.0g活性炭,用去离子水洗净,过滤,80℃下烘12h;
2)0.023mol/L十二烷基苯磺酸钠SDBS溶液制备:
取40.0g十二烷基苯磺酸钠SDBS,溶于500mL去离子水,定容至1000mL;
3)将步骤1)净化好的10.0g活性炭,加入到上步骤SDBS溶液中,超声5min,以120rpm震荡水浴反应48h,过滤,80℃下烘24h,得到炭-SDBS。
2.如权利要求1所述炭-SDBS吸附含镍水和废水中镍的方法,其特征在于,具体操作如下:
精确称量0.020g炭-SDBS,加入到200mL100μg/L的镍溶液中,超声5min,以120rpm速度震荡,室温下水浴反应5h,用0.45μm微孔滤膜过滤,分析吸附后溶液浓度,实验结果表明,吸附后镍溶液浓度为4.12μg/L,去除率达95.9%。
3.如权利要求1所述炭-SDBS吸附含铅水和废水中铅的方法,其特征在于,具体操作如下:
精确称量0.250g炭-SDBS,加入到100mL10mg/L的铅溶液中,超声5min,以120rpm速度震荡,室温下水浴反应1h,用0.45μm微孔滤膜过滤,分析吸附后溶液浓度,吸附后铅溶液浓度为0.241mg/L,去除率达97.6%。
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