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活性炭用于去除電鍍廢水中的總鉻
文章作者:韓研網絡部 更新時間:2019-12-31 16:04:01

  鉻及其化合物被廣泛應用于現代工業,以及地下水,地表水和土壤的污染鉻已經成為一個高度重視環境問題,如經常漏事故和低效污染控制方法。由于鉻的氧化態,Cr(VI)和Cr(III)具有不同的化學行為和生物毒性,所以需要去除后再排放。已應用許多方法從水溶液中去除Cr(VI),例如化學還原,離子交換,沉淀和吸附。最常見的方法是利用活性炭,氧化鋁吸附,粘土和沸石作為吸附材料。不幸的是,這些材料不具有將Cr(VI)轉化為Cr(III)的能力,并導致有限的吸附效果,并且難以從水性介質中分離和回收。

  納米零價鐵(nZVI)在廢水處理中的應用潛力巨大,可以用于去除從地下水和廢水重金屬,如鉛,鎳,鋅,鉻,汞等。然而,由于nZVI顆粒易于團聚和氧化的特性,其反應性顯著降低。為了解決這個問題我們使用活性炭作為載體合成了一種新材料,這種復合材料是在機械攪拌條件下通過納米零價鐵和活性炭制備的乳液,我們通過從電鍍廢水中去除總鉻(Cr)來測試活性炭的去污能力。

  活性炭復合材料的制備

  將nZVI的乳液與十二烷基苯磺酸鈉和無水乙醇混合,并在氮氣保護下在機械分散器中分散12小時。分散后,依次將100 mL乳液,200 g 活性炭和200 mL去離子水添加到1000 mL錐形燒瓶中,并在水平振動器上以240 rpm的速度震蕩。震蕩12小時后,用去離子水清洗混合物,并在真空干燥箱中于45°C干燥過夜獲得。

  活性炭對鉻的去除機理及性能

  未處理的廢水取自一家電鍍廠,用于總鉻去除的實驗,如圖1所示。廢水樣品為淡黃色,其初始pH值為4.76。廢水中總鉻的濃度為292.25 mg/L,其他金屬離子(Cu,Zn,As)的總量小于0.05 mg/L。

  圖1:采樣地點和廢水樣本。(a)污水處理池;(b)未經處理的廢水樣品。

  材料的合成與表征

  圖2顯示了活性炭,nZVI顆粒和活性炭復合材料的宏觀照片和SEM顯微照片。顯然,nZVI顆粒為球形,平均直徑為40-80 nm。在穩定化處理之后,可以顯著減少顆粒之間的附聚現象。從椰殼制成的活性炭具有豐富的孔結構。使用機械攪拌法,nZVI顆粒顯示出輕微的團聚,并且主要分布在活性炭的孔中。用去離子水清洗后,分布在活性炭表面的nZVI顆粒很少。

  圖2:活性炭,納米級零價鐵顆粒和活性炭復合材料的宏觀圖和SEM顯微圖。

  活性炭上鉻還原吸附的降解機理

  如圖3a所示,nZVI的去除效率高于活性炭,但顯著低于活性炭復合材料。在180分鐘時,活性炭的去除效率僅為17.13%,這表明Cr(VI)在酸性水中的溶解度較高,因此活性炭的物理吸附作用不明顯。在180分鐘時nZVI的去除效率為52.45%,這表明nZVI的還原去除效果優于活性炭的吸附去除效果。nZVI顆粒易于團聚和氧化,從而降低了其反應活性。然而,將nZVI顆粒負載到活性炭上后,可以減少其聚集和氧化,因此活性炭復合材料的去除效率高達94.88%。

  圖3:使用不同材料的總鉻的比較去除效率。(a)活性炭,nZVI和復合材料;(b)溶液中鐵含量的變化;(c)活性炭復合材料具有不同的存儲時間。

  操作因素對總鉻去除的影響

  如在示出的圖4中的a,b中,活性炭中的nZVI劑量和初始濃度對總鉻的去除動力學顯著影響。初始去除率隨著活性炭復合材料劑量的增加或初始濃度的降低而逐漸增加,因為提供了足夠的nZVI活性位與鉻反應。

  圖4:按(a)劑量,(b)初始濃度,(c)pH值和(d)溫度進行的批量實驗結果。

  如在所示圖4C,總鉻的去除率從99.12%降至73.56%,隨著pH值的3.0至10.0的增加。這表明較低的pH值有利于活性炭復合材料還原鉻。在較低的pH值下會釋放更多的H +,這可以加速Cr 6+還原為Cr 3+并消除nZVI顆粒表面的氫氧化亞鐵,從而生成新的活性位點。另外,溫度的增加會加速Cr的移動性和理論上提高化學反應速率,但對實際過程中沒有明顯的效果,如圖4d。原因可能是當提供足夠的nZVI活性位點時溫度不是重要因素。

  在機械攪拌條件下,通過nZVI和活性炭功制備了復合材料。在分批實驗證實了這種復合材料的去污能力。結果表明,nZVI顆粒在去除電鍍廢水中總鉻的效率較高,但不能提高其存儲容量。與通過液相還原法制備的其他基于nZVI的材料相比,本研究中的活性炭復合材料對廢水中的總鉻去除效果顯著。此外,合成的復合材料比液相還原法更簡單。

文章標簽:椰殼活性炭,果殼活性炭,煤質活性炭,木質活性炭,蜂窩活性炭,凈水活性炭.

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