【正文】 生出了利用活性炭吸附廢水中 甲醛含量的處理方法。溶質(zhì)的溶解程度是確定 第一種原因的重要因素。與此相對應(yīng)，可將吸附分為三種基本類型： 1. 交換吸附 附。本實驗所采用的就是在活性炭纖維上用電沉積的方法負(fù)載二氧化錳， 把物理吸附和化學(xué)吸附兩者結(jié)合起來，以此來進(jìn)一步提高其處理效果。其超過 50%的碳原子位于內(nèi)外表面，構(gòu)筑成獨特的吸附結(jié)構(gòu)，被稱為表面性固體。其主要分為粘膠基 ACF、酚醛基 ACF、聚丙烯腈基 ACF(PANACF)、瀝青基 ACF 等。另外吸附材料的使用量為粒狀活性炭的 1/15～ 1/100，可以設(shè)計成小型、輕型的吸附裝置且壓力損失小，其運轉(zhuǎn)費用大大降低。 含氯烴類化合物一般在化學(xué)、金屬 、電子及其有關(guān)工業(yè)中用作有機(jī)溶劑及金屬、電子零件等的除油劑和清洗劑，用活性炭回收存在生成鹽酸造成設(shè)備腐蝕問題。 活性炭纖維在環(huán)境工程中的應(yīng)用研究進(jìn)展 基于人們對活性炭應(yīng)用的悠久歷史，活性炭纖維自從被開發(fā)以來，由于其相對活性炭來說更優(yōu)越的性能，已經(jīng)迅速地被應(yīng)用于很多行業(yè)呈現(xiàn)出多樣化的局面。 目前 ACF 的應(yīng)用已擴(kuò)展到環(huán)境保護(hù)的各個方面： （ 1）活 性碳纖維在廢氣處理和空氣凈化方面的應(yīng)用 活性碳纖維對惡臭物質(zhì)如含硫有機(jī)物如硫化氫、甲硫醇、硫化甲烷有強(qiáng)的吸附能力，對胺類物質(zhì)如二甲胺、氮氣也有一定的吸附能力。 （ 2）活性碳纖維在水質(zhì)凈化方面的應(yīng)用 1）水源水中有機(jī)微污染物的 去除 孫治榮等 ［ 12］ 研究了幾種 ACF 去除水中微污染物的效果，其中一種 ACF1 對 CODMn， CCl4有較好的去除效果，而另一種 ACF3 對 CHCI3 的去除效果最好。 2） 三鹵甲烷（ THMS）和鹵代烴的去除 Jun Wen Li 等 ［ 14］ 研究了活性炭纖維和顆?；钚蕴繉β?化消毒副產(chǎn)物 —三鹵甲烷（ THMS）的吸附。 3） 受污染地下水的凈化 對于嚴(yán)重污染的地下水必須加以處理，才能滿足飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。 ACF—15 對這些 VOCs的吸附容量至少是 GAC 的 2 倍。 為了增加 ACF 對重金屬的吸附容量，可以對 ACF 進(jìn)行改性。 并且其最近研究成果表明，載銀磷酸活性劍麻基 ACF 具有銀用量少，作用時間短，抗菌效率高，抗菌效果持久等優(yōu)點 ［ 1920］ 。用高溫電加熱再生效果顯著，經(jīng)過多次再生重復(fù)使用，吸附能力無明顯變化。吸附飽和的 ACF 用 10%的 NaOH溶液再生，重復(fù)使用三次，吸附效率無明顯變化。 Jnping Jia 等 ［ 26］ 用 ACF 電極電解處理多種模擬染料廢水。研究發(fā)現(xiàn)幾乎所有染料溶液都能有效脫色，具有 SO3， COO， SO2NH2和 OH 等親水基團(tuán)和含偶氮的染料易被分解，而具有 C＝ O， NH和芳香團(tuán)等憎水基團(tuán)的染料易被吸附和絮凝。采用 “酸化十電解（ 45 min）＋ Fenton 試劑（ 60min） ”的綜合治理方案，上述去除率可分別達(dá) %和 %，出水近乎清澈透明。曾戎等 ［ 31］ 研究了劍麻基 ACF 對 Ag+的吸附研究發(fā)現(xiàn)，劍麻基 ACF對 Ag+有較好的還原吸附性能（吸附容量為 mg/g），經(jīng)磷酸活化和熱處理可使其吸附容量增大近一倍，達(dá) mg/g。 （ 1）化學(xué)溶液浸漬 化學(xué)溶液浸漬是將活性碳纖維浸漬在一定的化學(xué)溶液中，使其表面化學(xué)性質(zhì)發(fā)生變化，從而提高活性碳纖維的化學(xué)反應(yīng)與催化反應(yīng)能力的方法。MorenoCastilla 等實驗研究則認(rèn)為（ NH4） 2S2O8浸漬的碳表面酸性比濃 HNO3浸漬后的更強(qiáng)，且對碳比表面積和孔結(jié)構(gòu)影響也很小。另外，經(jīng)熱處理碳表面官能團(tuán)分解會形成不含氧的堿性官能團(tuán)，表面碳原子有一定程度的石墨化，石墨微晶存在大量的游離 π電子，從而具有 Lewis 堿性特征。 （ 4）微波處理 微波處理其實也是一種熱處理，但比熱處理的時間短，電能利用率高，氣體消耗較 少。 C L． Mangun 等 ［ 40］ 研究在不同溫度下與氨氣反應(yīng)后的酚醛樹脂基 ACF，認(rèn)為該法處理后的 ACF 表面堿性明顯增強(qiáng)，不同溫度處理所引入的表面官能團(tuán)種類不同，較低溫度 (500℃ )下與氨氣反應(yīng)所引入的表面含氮官能團(tuán)的氮價態(tài)較高。該技術(shù)可以使碳材料表面組成發(fā)生明顯的變化，導(dǎo)致接觸角的減小以及表面能的提高，同時由于表面官能團(tuán)的引入可提高碳材料的利用效率。以炭纖維電極作為陽極，石墨棒作陰極，在硫酸錳配制而成的電解液中，電解一段時間后，取出炭纖維用去離子水沖洗，烘干，即可得到實驗所用的吸附劑。遇強(qiáng)氧化劑時，還表現(xiàn)為還原性。另一方面，利用二氧化錳的催化作用可促進(jìn)水中有機(jī)污染物、內(nèi)分泌干擾物的降解過程。吸附主要在最初的 15min 內(nèi)進(jìn)行。結(jié)果表明，與商業(yè)化 TiO2 處理效果相比，該種方法在環(huán)形光反應(yīng)器中具有較高的光催化效率和較低的催化劑負(fù)荷。 二氧化錳對水中酚類有機(jī)物具有良好的吸附降解作用。還可與五氯酚等高毒性的酚類化合物發(fā)生氧化降解 反應(yīng) ［ 47］ 。 本文研究的目的 由于活性炭纖維具有優(yōu)異的吸附及解吸特性，以及耐酸耐堿，耐溶劑腐蝕等性能，已在水凈化、 廢氣處理等方面得到廣泛應(yīng)用。 X 射線光電子能譜 (XPS)和傅立葉變換紅外光譜 (FTIR)測試表明 ,負(fù)載 MnOx活性炭表面的碳原子和錳原子可對甲醛產(chǎn)生化學(xué)吸附。結(jié)果表明 ,在 KMnO4溶液濃度為 650℃ 的條件下制得的負(fù)載 MnOx 活性炭 ,在濃度為 甲醛溶液中的甲醛吸附量可高達(dá)由于之前很少有人進(jìn)行活性炭纖維負(fù)載二氧化錳處理含甲醛廢水的實驗研究，所 第 14 頁 共 38 頁 以這些因素在哪個范圍內(nèi)對去除效果最好，沒有相關(guān)的參考文獻(xiàn)資料。 實驗材料及設(shè)備 （ 1） 本實驗所用的主要材料 活性炭纖維由 北京市三業(yè)碳素有限公司提供。 （ 6）將烘干后負(fù)載二氧化錳的碳纖維按一定長度剪成小段，即得所用吸附劑。 4） 本實驗主要做五個條件因素的影響，分別為活性炭纖維的投加量，最佳 pH，振蕩時間，甲醛初始濃度，振蕩溫度，實驗具體操作在第三部分實驗結(jié)論與分析中會詳細(xì)介紹。 測試方法 水中甲醛的測定多采用乙酰丙酮光度法或變色酸光度法。 甲醛的測定 在過量銨鹽 存在下，甲醛與乙酰丙酮生成黃色化合物，該有色化合物在波長 414nm處有最大吸收。加入 乙酰丙酮溶液，混勻，于 45～ 60℃ 水浴中加熱 30min，取出冷卻。以下按繪制校準(zhǔn)曲線的操作步驟進(jìn)行顯色和測量。在水浴振蕩器中吸附一段時間后， 由實驗結(jié)果選擇出適宜的吸附劑。 眾所周知，活性 炭纖維氈的比表面積比活性炭纖維的比表面積大，因此這兩種吸附劑對于甲醛的去除效率有稍微的差別是合理的。 三種吸附劑通過對去除效率的比較可以得出，最佳的吸附劑是活性炭纖維氈，然而由于活性炭纖維氈的市面售價較高 (如比表面積為 1200～ 1400m2/g的活性炭纖維氈售價為 360 元 /kg 左右，而比表面積 1400～ 160m2/g的售價 430 元 /kg 左右 ),電解二氧化錳的去除率沒有活性炭纖維的高。而后，隨著溶液堿性的提高，其甲醛出水濃度呈現(xiàn)出逐漸增加的趨勢。而后，當(dāng)甲醛溶液的堿性增強(qiáng)，去除率呈現(xiàn)出逐漸下降的趨勢，在 pH 等于 10 時，去除率為最小值 %。當(dāng)溶液的 pH 為堿性時，溶液中的 OH不利于與活性炭纖維發(fā)生離解，因此，隨著 pH 繼續(xù)增加，甲醛去除率是減小的。當(dāng)投加的吸附劑量為 時，出水甲醛濃度 為,該濃度還比較高。 在吸附劑投加量與甲醛去除率關(guān)系曲線圖中我們可以看到，該曲線圖與投加量和甲醛出水濃度關(guān)系柱形圖成相反趨勢。并且，任何吸附劑都會達(dá)到吸附平衡，本實驗中當(dāng)投加量為 時，活性炭纖維出現(xiàn)解吸現(xiàn)象，繼續(xù)增加吸附劑的投加量是不利于實驗去除效果的，還會造成吸附劑的浪費。實驗剛開始，隨 著吸附時間的增加，去除率是有明顯提高的，在 3h 時，達(dá)到最大值，當(dāng)吸附時間繼續(xù)增加，去除率開始減小，當(dāng)吸附時間為 4～ 5h 時，去除率開始趨于恒值，基本不變。 任何吸 附劑都會達(dá)到吸附平衡，活性炭纖維也是如此。在 20℃ 和 90℃ 時，出水濃度的值相差不多，且為五組數(shù)據(jù)的 0120℃ 30℃ 50℃ 70℃ 90℃振蕩溫度（℃）甲醛出水濃度（ug/ml） %%%%%0 1 2 3 4 5 6振蕩溫度（℃）甲醛去除率（%） 最大值，在 30℃ ～ 70℃ 時，所對應(yīng)的濃度值，變化幅度不是很大， 30℃ 時的甲醛出水濃度為最小值， 50℃ ～ 70℃ 時所對應(yīng)的甲醛出水濃度幾乎無差別。一般來說 ,吸附過程是放熱過程 ,低溫有利，而脫附過程是吸熱過程 ,高溫有利?？梢钥闯觯跏紳舛葷舛茸钚r，其出水濃度也最小，初始濃度濃度最大時，甲醛出水濃度也是最大。本次試驗中，濃度為 5ug/mL 時，去除率達(dá)到最大值 %，可以看出，這個去除率相對來說是比較高的，而當(dāng)甲醛濃度為 40ug/mL～ 60ug/mL 時，去除率下降很快，都不到 50%。隨著甲醛初始濃度的增加，進(jìn)入到活性炭纖維微孔中的甲醛分子越來越多，甲醛在四周孔壁的疊加力場作用下被吸附，空白吸附點位越來越少，從而降低了其去除率。 01234565 10 20 40 60甲醛初始濃度（u g / m l ）甲醛出水濃度（ug/ml） %%%%%%%0 1 2 3 4 5 6甲醛濃度（u g / m l ）去除率（%） 4 機(jī)理探討 ACF 的吸附機(jī)理 活性炭纖維在本實驗中充當(dāng)著吸附劑的作用，其吸附機(jī)理主要是活性炭纖維表面的微孔構(gòu)成的。 ACF 的微孔孔徑越小，接近分子尺寸，吸附勢能主要由分子間力提供，吸附一非極性分子時色散力貢獻(xiàn)最大，而色散力常與分子質(zhì)量成正比，對于極性分子，其它形式的分子間力 (取向力、靜電力、氫鍵等 )也很重要。 改性活性炭纖維吸附機(jī)理 活性炭纖維在水處理工程上的應(yīng)用越來越廣泛，改性后的炭纖維其吸附效果更佳。電解的時間越久，炭纖維表面的斑點越多。 負(fù)載了二氧化錳的活性炭纖維，其吸附效果增強(qiáng)。通過以 上研究主要的結(jié)論如下： （ 1）當(dāng)采用活性炭纖維氈，活性炭纖維，電解二氧化錳作為吸附劑時，其吸附效率有一定的差別，由實驗結(jié)果的其甲醛去除率依次為：活性炭纖維氈＞活性炭纖維＞電解二氧化錳 。 （ 3）當(dāng)其他條件不變，改變 pH 時，所得結(jié)果對甲醛的去除率也有一定影響， 隨著 pH的逐漸增加，甲醛去除率呈現(xiàn)出逐漸減小的趨勢。 （ 4）在考察了吸附時間對于甲醛去除率的關(guān)系后，可以得出， 吸附時間對于吸附效果的影響相對明顯。當(dāng)初始濃度較小時，其去除率較大，隨著濃度的增大，其去除率逐漸變小。本實驗所得結(jié)果為，在 20℃ 和 90℃ 時，活性炭纖維吸附甲醛的去除率為最小值， 30℃時達(dá)到最高峰， 50℃ ～ 70℃ 去除率基本不變，保持在 90%左右，當(dāng)振蕩溫度為 20℃ 和90℃ 時，其去除率為 87%。 第 34 頁 共 38 頁 參考文獻(xiàn)： ［ 1］符若文 ,岳欽艷 . 活性炭纖維的氧化還原特性及其應(yīng)用前景 [J]. 新型碳材料 , New Car。 展望 本文利用活性碳纖維負(fù)載二氧化錳進(jìn)行了甲醛廢水的處理，該實驗研究僅在實驗室內(nèi)完成，為將來活性炭纖維材料應(yīng)用于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)以及其推廣使用，后續(xù)工作，還需從以下兩個方面展開： （ 1） 通過選擇合適的金屬氧化物，進(jìn)一步提高活性炭纖維的去除效率。因此用活性炭纖維吸附法處理甲醛廢水時不適宜濃度較高的廢液。因此，在做廢水中甲醛吸附試驗時，吸附時間應(yīng)選擇 3 小時為最佳時間。而后，當(dāng)甲醛溶液的堿性增強(qiáng)，去除率呈現(xiàn)出逐漸下降的趨勢，在 pH 等于 10 時，去除率為最小值 %。 （ 2）吸附劑的投加量對于甲醛去除率有一定的影響， 在 之前，其去除率隨著投加量的增加是逐漸增加的，在投加量為 時，其去除率達(dá)到最大值為 %，而當(dāng)投加量繼續(xù)增加時，其去除率逐漸減小。 活性炭纖維本身的物理吸附作用，再加上負(fù)載了二氧化錳后的化學(xué)吸附，兩個吸附作用相結(jié)合，會提高其去除效果。在圖中可以看到，出現(xiàn)了幾個峰值，上標(biāo)有 Mn 和 O 元素，其二者原子百分比分別為 和 。炭纖維負(fù)載二氧化錳的SEM 圖和 EDS 圖可直觀的表現(xiàn)出負(fù)載后的活性炭纖維微觀表面圖像。隨著吸附的繼續(xù)進(jìn)行，活性炭纖維表面的微孔達(dá)到吸附飽和， 第 30 頁 共 38 頁 開始出現(xiàn)解吸現(xiàn)象。 因此 ，活性炭纖維在吸附質(zhì)濃度極低的情況下實現(xiàn)對其的吸附是通過 ACF 中的炭納米空間來實現(xiàn)的。甲醛廢水的濃度較高時，吸附劑的吸附作用會受到一定的抑制作用。 由上述實驗可得，不改變其他影響因素，只改變甲醛初始濃度的量時，對活性炭纖維的吸附效率有一定的影響。 甲醛初始濃度與去除率關(guān)系曲線圖上可以看到，廢水中含甲醛的量對于它的處理效果也存在一定影響。 總而言之，合理的選擇一個振蕩溫度在一定范圍內(nèi)可以提高活性炭纖維對于甲醛的吸附效率，本實驗所得的最佳振蕩溫度為 30℃ ，但是與室溫下吸附效果相差不多，因此得用改性活性炭纖維吸附廢水中甲醛時，不用加熱，室溫即可。由此我們可以得出，振蕩溫度對活性炭纖維的吸附作用有一定的影響。因此，在做廢水中甲醛吸附試驗時，吸附時間應(yīng)選擇 3h 為最佳時間。只有達(dá)