【正文】 中開始振蕩，振蕩時間依次為 1h、 2h、 3h、 4h、 5h后取出，過濾結束開始測定甲醛含量，測得的結果如下表： 表 34 不同吸附時間對甲醛吸附結果數(shù)據(jù)表 吸附時間（ h） 1 2 3 4 5 吸 光 度 甲醛出水濃度 (ug/mL) 去除率 (%) 圖 36吸附時間與甲醛出水濃度關系柱形圖 圖 37吸附時間與甲醛去除率關系曲線圖 由吸附時間與甲醛出水濃度關系柱形圖可以看出，吸附時間為 1～ 3 區(qū)間時，其甲醛濃度是逐漸減小的，當吸附時間為 3 小時時，出水濃度為最小值 （ ug/mL）， 3～ 4小時時，甲醛濃度呈上升趨勢，而后，隨著吸附時間的增加，甲醛濃度基本不變，保持在 (ug/mL)左右。因此，在做廢水中甲醛吸附試驗時，吸附時間應選擇 3h 為最佳時間。 總而言之，合理的選擇一個振蕩溫度在一定范圍內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。 因此 ，活性炭纖維在吸附質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。炭纖維負載二氧化錳的SEM 圖和 EDS 圖可直觀的表現(xiàn)出負載后的活性炭纖維微觀表面圖像。 活性炭纖維本身的物理吸附作用，再加上負載了二氧化錳后的化學吸附，兩個吸附作用相結合，會提高其去除效果。而后，當甲醛溶液的堿性增強，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 %。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。 第 34 頁 共 38 頁 參考文獻： ［ 1］符若文 ,岳欽艷 . 活性炭纖維的氧化還原特性及其應用前景 [J]. 新型碳材料 , New Car。當初始濃度較小時，其去除率較大，隨著濃度的增大，其去除率逐漸變小。 （ 3）當其他條件不變，改變 pH 時，所得結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。 負載了二氧化錳的活性炭纖維，其吸附效果增強。 改性活性炭纖維吸附機理 活性炭纖維在水處理工程上的應用越來越廣泛，改性后的炭纖維其吸附效果更佳。 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 機理探討 ACF 的吸附機理 活性炭纖維在本實驗中充當著吸附劑的作用，其吸附機理主要是活性炭纖維表面的微孔構成的。本次試驗中，濃度為 5ug/mL 時，去除率達到最大值 %，可以看出，這個去除率相對來說是比較高的，而當甲醛濃度為 40ug/mL～ 60ug/mL 時，去除率下降很快，都不到 50%。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。 任何吸 附劑都會達到吸附平衡，活性炭纖維也是如此。并且，任何吸附劑都會達到吸附平衡，本實驗中當投加量為 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。當投加的吸附劑量為 時，出水甲醛濃度 為,該濃度還比較高。而后，當甲醛溶液的堿性增強，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 %。 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。在水浴振蕩器中吸附一段時間后， 由實驗結果選擇出適宜的吸附劑。加入 乙酰丙酮溶液，混勻，于 45～ 60℃ 水浴中加熱 30min，取出冷卻。 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。 （ 6）將烘干后負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。由于之前很少有人進行活性炭纖維負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對去除效果最好，沒有相關的參考文獻資料。 X 射線光電子能譜 (XPS)和傅立葉變換紅外光譜 (FTIR)測試表明 ,負載 MnOx活性炭表面的碳原子和錳原子可對甲醛產生化學吸附。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 ［ 47］ 。結果表明，與商業(yè)化 TiO2 處理效果相比，該種方法在環(huán)形光反應器中具有較高的光催化效率和較低的催化劑負荷。另一方面，利用二氧化錳的催化作用可促進水中有機污染物、內分泌干擾物的降解過程。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。 C L． Mangun 等 ［ 40］ 研究在不同溫度下與氨氣反應后的酚醛樹脂基 ACF，認為該法處理后的 ACF 表面堿性明顯增強，不同溫度處理所引入的表面官能團種類不同，較低溫度 (500℃ )下與氨氣反應所引入的表面含氮官能團的氮價態(tài)較高。另外，經熱處理碳表面官能團分解會形成不含氧的堿性官能團，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。 （ 1）化學溶液浸漬 化學溶液浸漬是將活性碳纖維浸漬在一定的化學溶液中，使其表面化學性質發(fā)生變化，從而提高活性碳纖維的化學反應與催化反應能力的方法。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 %和 %，出水近乎清澈透明。 Jnping Jia 等 ［ 26］ 用 ACF 電極電解處理多種模擬染料廢水。用高溫電加熱再生效果顯著，經過多次再生重復使用，吸附能力無明顯變化。 為了增加 ACF 對重金屬的吸附容量，可以對 ACF 進行改性。 3） 受污染地下水的凈化 對于嚴重污染的地下水必須加以處理，才能滿足飲用水水質標準。 （ 2）活性碳纖維在水質凈化方面的應用 1）水源水中有機微污染物的 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。 活性炭纖維在環(huán)境工程中的應用研究進展 基于人們對活性炭應用的悠久歷史，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，已經迅速地被應用于很多行業(yè)呈現(xiàn)出多樣化的局面。另外吸附材料的使用量為粒狀活性炭的 1/15～ 1/100，可以設計成小型、輕型的吸附裝置且壓力損失小，其運轉費用大大降低。其超過 50%的碳原子位于內外表面，構筑成獨特的吸附結構，被稱為表面性固體。與此相對應，可將吸附分為三種基本類型： 1. 交換吸附 附。所以又衍生出了利用活性炭吸附廢水中 甲醛含量的處理方法。 研究了濃度為 ～毒性變化 [89]。對甲醛含量為 25000mg/L 的廢水進行處理后，發(fā)現(xiàn)甲醛的處理率也在 96%以上 [45]。 岳欽艷在研究濃度為 %的甲醛模擬廢水時，發(fā)現(xiàn)純 ClO2在中性 PH 條件下對甲醛的去除率最高，大約為 82%，而在強酸性及強堿性條件下，去除率低于 80%，且強酸性條件下及強堿性條件下的去除率相差不大 [1]。（ 2）具有嚴重的胚胎毒性，是導致胚胎畸形的重要環(huán)境污染物。甲醛在氫氧化銅的燒堿溶液中，可被氧化為乙酸鈉，同時氫氧化銅被還原為氧化亞銅沉淀，反 應式如下： HCHO+2Cu(OH)2+NaOH—HCOONa+3H2O+Cu2O 甲醛與其他醛類物質一樣，容易與許多物質發(fā)生加成反應，因此甲醛又是不飽和化合物，加成原理是碳和氧之間的雙鍵被破壞，在碳原子和氧原子上連接其他的原子和原子團，例如甲醛可以與 NaHSO3發(fā)生加成反應，生成一種主要應用于印染工業(yè)的拔染劑、拔色劑、還原劑及用作丁苯橡膠、合成樹脂的活化劑和一些有機物質的脫色和漂白的吊白塊。 甲醛廢水的污染及其危害已受到全世界的關注，對甲醛污染的控制及處理技術研究也比較多。 活性炭纖維 (ACF)是上世紀七十年代中迅速發(fā)展起來的一種新型功能材料。 本論文通過對活性炭纖維的改性，讓其負載上二氧化錳后，研究了 pH、吸附劑投加量、吸附時間、溫度及甲醛初始濃度對吸附劑吸附效果的影響。目前，如何提高活性炭纖維對甲醛的吸附容量和選擇性，提高吸附材料的處理效率，是本領域 研究的關鍵和核心。含甲醛的廢水排入水體后，能消耗水中的溶解氧，影響水的自凈能力。在常溫下是氣態(tài)，通常以水溶液形式出現(xiàn)，其 35%～ 40%的水溶液通稱為 福爾馬林 。甲醛的水溶液如果長期露置于空氣中，很容易被氧化成甲酸，化學方程式為： 2 HCHO+O2—2 HCOOH。 含甲醛的廢水對人體健康有很大的危害：（ 1）致突變作用 ,高濃度甲醛還是一種基因毒性物質，已被世界衛(wèi)生組織 (WHO)確定為致癌物。雖然到目前為止，開展 ClO2處理工業(yè)廢水方面的研究不多，但 ClO2作為一種強氧化劑，隨著其制造成本的降低及發(fā)生量的增大，今后在工業(yè)廢水處理中應該會逐步得到應用。而所剩的微量甲醛，可經多孔爐渣吸附。一些研究已經開始著力于甲醛的厭氧生物處理，但對于它們的作用還沒有達成共識，也沒有確定最有效的系統(tǒng)。前者適合含較高濃度的甲醛的廢水的處理，后者適合較低濃度的。吸附作用的第二種原因主要由溶質與吸附劑之間的靜電引力、范德華引力或化學鍵力所引起。 活性炭纖維定義及分類 活性炭纖維（ ACF），亦稱纖維狀活性炭，是性能優(yōu)于活性炭的高效活性吸附材料和環(huán)保工程材料。 (2)處理量大，回收效率在 98%以上，活性 炭纖維的吸附效率與污染物的濃度關系不大，能有效地從水或空氣中分離微量污染物 (106 數(shù)量級 )。 當 ACF 微孔尺寸與有機化合物分子尺寸大體相當時，由于 VanderWaal 力的作用使相距很近的孔壁吸附力場發(fā)生疊加，引起微孔內勢能的增加，因而對極性濃度有機蒸氣也能較好地吸附 [1011]。利用活性碳纖維對臭氣、濕氣、微塵以及細菌的吸附能力及其可加工性，可制成室內空氣凈化裝置如空氣清凈器的過濾器、空調通道的過濾器等。結果表明， ACF 與 GAC 相比，無論在吸附速率還是吸附容量上， ACF 均有明顯的優(yōu)勢。 Cu2＋ ， Ni2 十和 Pb2+的單組分平衡吸附容量在 ～ ，這些值遠大于 GAC 對這些金屬離子的吸附容量。在動態(tài)吸附實驗中，流速控制在，對幾百 mg/L 的硝基廢水一次過 柱就可達到國家一級排放標準。陳水挾等 ［ 25］ 發(fā)現(xiàn)：劍麻基 ACF 可以有效地去除水中的亞甲基藍、結晶紫、澳酚藍等染料，其吸附量大，去除效率高，有的幾乎可達 100%去除率。黑液經酸析及聚鋁絮凝預處理后進行 ACF 電極電解，可進一步提高 CODcr 及色度去除率。目前活性碳纖維表面改性的技術主 第 10 頁 共 38 頁 要包括化學溶液浸漬、高溫熱處理，化學氣相沉淀，電極氧化，微波處理，氣相反應和低溫等離子體等。 I Mochida［ 36］ 對 ACF 高溫(850℃ )熱處理后發(fā)現(xiàn) ACF 的疏水性增強，表面官能團分解釋放的表面缺陷位是 NO 吸附與氧化的活性位，熱處理雖提高了 ACF 的 NO 氧化反應活性，但 ACF 對 NO 吸附能力則是減弱的。 （ 5）氣相反應 氣相反應可通過空氣加熱、臭氧氧化來改變 ACF 的表面官能團，也可通過與其它氣體反應來改性 ACF。 由于電極氧化法操作簡便，活性炭纖維 改性效果好，因此本實驗所用的改性方法也是電極氧化法。 二氧化錳在水處理中的應用 二氧化錳在水處理中的應用廣泛，一方面，利用二氧化錳的吸附與氧化作用可去除水中的各種金屬離子污染物、非金屬離子污染物和有機污染物。 R． Jothiramalingam 等 ［ 45］ 利用多孔二氧化錳摻雜 TiO，材料光催化降解氣態(tài)甲苯。其對苯酚的吸附效果優(yōu)良，不同條件下苯酚催化臭氧化過程的影響研究表明，該新生態(tài)的二氧化錳對苯酚臭氧化反應具有明顯的催化作用二氧化錳作為氧化劑。 活性炭纖維不僅對貴金屬表現(xiàn)出良好的吸附性能，它負載上金屬氧化物后， 對某些有機污染物會表現(xiàn)出優(yōu)異的吸附性能 使得負載金屬化合物成為改善和提高 ACF 吸附性能的一種重要手段。 同其他吸附作用一樣，吸附劑投加量， pH，吸附時間，吸附質濃度，處理溫度等因素會影響處理效果。 第 16 頁 共 38 頁 碳纖維負載二氧化錳的制備 圖 21 炭纖維負載二氧化錳裝置圖 （ 1）首先對碳纖維進行預處理：將其剪成一定長度，在 105℃ 下烘干至恒重，稱其重量，記錄 m1； （ 2）將預處理后的碳纖維捆綁于銅板上，并接上導線，將其作為電極 ； （ 3）按一定比例配制電解液（硫