【導(dǎo)讀】無(wú)色可燃性液體，易溶于水、醇和醚，其35%～40%的水溶液被稱為“福爾馬林”。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。廢水治理中發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。目前，如何提高活性炭纖維對(duì)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(lǐng)域研究的關(guān)鍵和核心。加量、吸附時(shí)間、溫度及甲醛初始濃度對(duì)吸附劑吸附效果的影響。所得吸附時(shí)間為3h時(shí)，去除率最高為%；5個(gè)間隔溫度范圍內(nèi)的去除率相差不大，效果最好，去除率最高為%。因此，本論文得最佳吸附條件為：在室溫下，pH為2，還原性很強(qiáng)，易與多種物質(zhì)結(jié)合，且易于聚合。甲醛對(duì)人體的皮膚和粘膜具有刺激作用，進(jìn)入人體后易對(duì)人的中樞神經(jīng)系統(tǒng)及視網(wǎng)膜造成損害?；钚蕴坷w維是上世紀(jì)七十年代中迅速發(fā)展起來(lái)的一種新型功能材料。有比顆粒活性炭和粉末活性炭更為優(yōu)良的吸附性能和吸附動(dòng)力學(xué)行為。

　　

【正文】 進(jìn)的過(guò)程 ,即需要一定的時(shí)間來(lái)使吸附達(dá)到平衡 ,這一段時(shí)間即所謂的吸附平衡時(shí)間。只有達(dá)到了吸附平衡時(shí)間 ,活性炭纖維才能最大限度的發(fā)揮效能。而當(dāng)吸附時(shí)間繼續(xù)增加時(shí)，活性炭纖維吸附達(dá)到最大飽和值，則出現(xiàn)解吸現(xiàn)象，其吸附效率開始逐漸下降。 任何吸 附劑都會(huì)達(dá)到吸附平衡，活性炭纖維也是如此。隨著吸附時(shí)間的增加，炭纖維吸附甲醛的量起初也慢慢增加，在 3h 時(shí)，活性炭纖維吸附達(dá)到平衡，再經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的吸附，圖中曲線變化非常平緩，基本處于穩(wěn)定狀態(tài)，此時(shí)吸附以達(dá)到飽和。因此，在做廢水中甲醛吸附試驗(yàn)時(shí)，吸附時(shí)間應(yīng)選擇 3h 為最佳時(shí)間。 011h 2h 3h 4h 5h吸附時(shí)間（h ）甲醛出水濃度（ug/ml） %%%%%0 1 2 3 4 5 6吸附時(shí)間（h ）去除率(%) 第 26 頁(yè) 共 38 頁(yè) 溫度對(duì)改性碳纖維對(duì)甲醛吸附性能的影響 稱取五份活性炭纖維各約 ，分別放入 250mL 錐形瓶中，編號(hào)依次為 5，用滴定管在每個(gè)錐形瓶中加入 100mL 經(jīng)稀釋后的甲醛標(biāo)準(zhǔn)使用液（ 10ug/mL）， 然后用硫酸溶液 調(diào)節(jié)其酸堿度，調(diào)節(jié) pH 為 2 時(shí)，用塑料袋封住瓶口 ，由于水浴振蕩器的數(shù)量有限，先將編號(hào)為 1 的錐形瓶放入其中開始振蕩，設(shè)置溫度為 20℃ ， 振蕩 3h后取出，過(guò)濾結(jié)束開始測(cè)定甲醛含量，編號(hào)為 5 的錐形瓶設(shè)置振蕩溫度分別為30℃ 、 50℃ 、 70℃ 、 90℃ ，其后實(shí)驗(yàn)過(guò)程一樣，最后 測(cè)得的結(jié)果如下表： 表 35 振蕩溫度對(duì)吸附結(jié)果影響數(shù)據(jù)表 振蕩溫度（ ℃ ） 20 30 50 70 90 吸 光 度 甲醛出水濃度（ ug/mL） 去除率 (%) 90． 00 圖 38 振蕩溫度與甲醛出水濃度關(guān)系柱形圖 圖 39 振蕩溫度與甲醛去除率關(guān)系曲線圖 由振蕩溫度與甲醛出水濃度關(guān)系柱形圖上可以看到，甲醛出水濃度與振蕩溫度之間存在著一定的變化規(guī)律。在 20℃ 和 90℃ 時(shí)，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(shí)，所對(duì)應(yīng)的濃度值，變化幅度不是很大， 30℃ 時(shí)的甲醛出水濃度為最小值， 50℃ ～ 70℃ 時(shí)所對(duì)應(yīng)的甲醛出水濃度幾乎無(wú)差別。 由上圖可以看到，圖中去除率的變化趨勢(shì)比較明顯，在 20℃ 和 90℃ 時(shí)，活性炭纖維吸附甲醛的去除率為最小值， 30℃ 時(shí)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(shí)，其去除率為 87%。由此我們可以得出，振蕩溫度對(duì)活性炭纖維的吸附作用有一定的影響。 該實(shí)驗(yàn)的結(jié)果顯示，在外界條件不變的情況下，只改變振蕩溫度這一個(gè)影響因素，活性炭纖維對(duì)甲醛的吸附效果有一個(gè)溫度最佳值。一般來(lái)說(shuō) ,吸附過(guò)程是放熱過(guò)程 ,低溫有利，而脫附過(guò)程是吸熱過(guò)程 ,高溫有利。由此可得，在吸附達(dá)到最佳溫度值后，繼 續(xù)升高溫度，將不利于吸附的進(jìn)行，反而會(huì)增加脫附的效率。 總而言之，合理的選擇一個(gè)振蕩溫度在一定范圍內(nèi)可以提高活性炭纖維對(duì)于甲醛的吸附效率，本實(shí)驗(yàn)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(shí)，不用加熱，室溫即可。 甲醛濃度對(duì)改性碳纖維對(duì)甲醛吸附性能的影響 稱取五份活性炭纖維各約 ，分別放入 250mL 錐形瓶中，編號(hào)依次為 5，用滴定管在每個(gè)錐形瓶中加入 100mL 經(jīng)稀釋后的甲醛標(biāo)準(zhǔn)使用液，該使用液濃度分別為 5ug/mL、 10ug/mL、 20ug/mL、 40ug/mL、 60ug/mL, 然后用硫酸溶液調(diào)節(jié)其酸堿度，調(diào)節(jié) pH 為 2 時(shí)，用塑料袋封住瓶口，將水浴振蕩器的溫度調(diào)到 30℃ ，把五個(gè)錐形瓶 放到水浴振蕩器中開始振蕩，振蕩 3h 后取出，過(guò)濾結(jié)束開始測(cè)定甲醛含量，測(cè)得的結(jié)果如下表： 表 36 甲醛初始濃度對(duì)吸附結(jié)果影響數(shù)據(jù)表 甲醛初始濃度（ ug/mL） 5 10 20 40 60 吸 光 度 甲醛出水濃度 （ ug/mL） 去除率 (%) 第 28 頁(yè) 共 38 頁(yè) 圖 310 甲醛初始濃度與出水濃度關(guān)系柱形圖 圖 311 甲醛初始濃度與去除率關(guān)系曲線圖 甲醛初始濃度與出水濃度關(guān)系柱形圖整體呈現(xiàn)的是上升趨勢(shì)，當(dāng)濃度為 5ug/mL～10ug/mL 時(shí)，出水濃度變化不大，隨著甲醛初始濃度的繼續(xù)增加，出水濃度上升幅度也開始提高。可以看出，初始濃度濃度最小時(shí)，其出水濃度也最小，初始濃度濃度最大時(shí)，甲醛出水濃度也是最大。可以看出，出水濃度的大小和甲醛初始濃度有直接關(guān)系。 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(duì)于它的處理效果也存在一定影響。當(dāng)初始濃度較小時(shí)，其去除率較大，隨著濃度的增大，其去除率逐漸變小。本次試驗(yàn)中，濃度為 5ug/mL 時(shí)，去除率達(dá)到最大值 %，可以看出，這個(gè)去除率相對(duì)來(lái)說(shuō)是比較高的，而當(dāng)甲醛濃度為 40ug/mL～ 60ug/mL 時(shí)，去除率下降很快，都不到 50%。因此用活性炭纖維吸附法處理甲醛廢水時(shí)不適宜濃度較高的廢液。 由上述實(shí)驗(yàn)可得，不改變其他影響因素，只改變甲醛初始濃度的量時(shí)，對(duì)活性炭纖維的吸附效率有一定的影響。甲醛初始濃度越 高，活性炭纖維達(dá)到吸附飽和的時(shí)間越短，吸附的吸附質(zhì)的量越多，這一結(jié)果符合活性炭纖維吸附機(jī)理的微孔填充理論。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(lái)越多，甲醛在四周孔壁的疊加力場(chǎng)作用下被吸附，空白吸附點(diǎn)位越來(lái)越少，從而降低了其去除率。 因此，吸附法處理廢水時(shí)，不僅要考慮吸附劑的作用，也要考慮吸附質(zhì)的性質(zhì)。甲醛廢水的濃度較高時(shí)，吸附劑的吸附作用會(huì)受到一定的抑制作用。本次實(shí)驗(yàn)，可得出，當(dāng)甲醛濃度為 5ug/mL～ 10ug/mL 時(shí)，活性炭纖維會(huì)表現(xiàn)出最強(qiáng)的吸附作用。 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(shí)驗(yàn)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?；钚蕴坷w維中的微孔是由兩類孔所組成，一類是活性炭纖維在炭化過(guò)程中形成的類石墨微晶碳石墨層面之間的層間孔以及超微粒子之間形成的粒間孔，而活性炭纖維對(duì)吸附質(zhì)的吸附是通過(guò)相對(duì)孔壁之間的吸附力場(chǎng)的疊加，使在極低的壓力下實(shí)現(xiàn)對(duì)極低濃度的吸附質(zhì)的吸附，而活性擴(kuò)散和分子篩效應(yīng)取決于炭納米空間的結(jié)構(gòu)，微表面與炭納米孔結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，其表面微結(jié)構(gòu)是通過(guò)炭納米空間對(duì)吸附質(zhì)作用的，即使是外表面也與活性炭纖維的炭納米空間有很大關(guān)系。 因此 ，活性炭纖維在吸附質(zhì)濃度極低的情況下實(shí)現(xiàn)對(duì)其的吸附是通過(guò) ACF 中的炭納米空間來(lái)實(shí)現(xiàn)的。在極性相同和分子尺寸小于 ACF 微孔的前提下，有機(jī)分子質(zhì)量越大，分子所含電子數(shù)越多，則極化率越高，色散力的作用也越大，從而越容易被 ACF所吸附。 ACF 的微孔孔徑越小，接近分子尺寸，吸附勢(shì)能主要由分子間力提供，吸附一非極性分子時(shí)色散力貢獻(xiàn)最大，而色散力常與分子質(zhì)量成正比，對(duì)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。 圖 41 活性炭纖維吸附過(guò)程 由上述圖片可以清楚的看到，活性炭纖維發(fā)揮吸附作用時(shí)的微 觀過(guò)程，當(dāng)吸附未達(dá)到平衡時(shí)，吸附作用很快。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(yè) 共 38 頁(yè) 開始出現(xiàn)解吸現(xiàn)象。所以在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中如何把握吸附劑的吸附平衡極為重要。 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(lái)越廣泛，改性后的炭纖維其吸附效果更佳。活性炭纖維負(fù)載上金屬氧化物后，對(duì)某些有機(jī)污染物會(huì)表現(xiàn)出優(yōu)異的吸附性能，使得負(fù)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。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。 圖 42 活性炭纖 維負(fù)載二氧化錳 SEM 圖 由上述圖片可看出，原本光滑的炭纖維表面出現(xiàn)了密集的白色斑點(diǎn)，這些白色斑點(diǎn)就是負(fù)載的二氧化錳球團(tuán) ,該二氧化錳顆粒直徑約為 3 微米左右。電解的時(shí)間越久，炭纖維表面的斑點(diǎn)越多。 圖 43 活性炭纖維負(fù)載二氧化錳 EDS 圖 活性炭纖維經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的電解后，是否真的能負(fù)載上二氧化錳，上述 X 射線能譜儀就可以明確的顯示出來(lái)。在圖中可以看到，出現(xiàn)了幾個(gè)峰值，上標(biāo)有 Mn 和 O 元素，其二者原子百分比分別為 和 。由此可得，電解后的活性炭纖維表面的確存在著 二氧化錳。 負(fù)載了二氧化錳的活性炭纖維，其吸附效果增強(qiáng)。由第一部分可得，活性炭纖維利用自身微孔吸附主要是物理吸附，而當(dāng)負(fù)載了二氧化錳后，由于二氧化錳有氧化性，甲醛含有很強(qiáng)的還原性，這二者之間可以發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，使得甲醛含量降低。 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(gè)吸附作用相結(jié)合，會(huì)提高其去除效果。 第 32 頁(yè) 共 38 頁(yè) 5 結(jié)論與展望 結(jié)論 本文研究了活性炭纖維吸附廢水中甲醛含量的最佳工作條件，并分析了活性炭纖維氈，活性炭纖維，電解二氧化錳三種不同吸附劑對(duì)甲醛的吸附效率的影響。通過(guò)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(shí)，其吸附效率有一定的差別，由實(shí)驗(yàn)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 。 由于活性炭纖維氈的造價(jià)成本高，因此本實(shí)驗(yàn)選擇活性炭纖維作為廢水中去除甲醛的吸附劑。 （ 2）吸附劑的投加量對(duì)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(shí)，其去除率達(dá)到最大值為 %，而當(dāng)投加量繼續(xù)增加時(shí)，其去除率逐漸減小。由此，本實(shí)驗(yàn)可以得出，用活性炭纖維吸 附廢水中甲醛含量時(shí)，吸附劑的投加量不是越多越好，當(dāng)達(dá)到飽和時(shí)，投加量反而會(huì)影響甲醛的去除率，活性炭纖維的量為 時(shí)，最有利于甲醛的去除。 （ 3）當(dāng)其他條件不變，改變 pH 時(shí)，所得結(jié)果對(duì)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(shì)。當(dāng) pH 為 2 時(shí)，其去除率達(dá)到最大值為 %，當(dāng) pH 在 4～ 6 區(qū)間時(shí)，去除率變化不大，基本呈直線。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(shì)，在 pH 等于 10 時(shí)，去除率為最小值 %。因此 pH 等于 2 時(shí)，為活性炭纖維吸附的最佳值。 （ 4）在考察了吸附時(shí)間對(duì)于甲醛去除率的關(guān)系后，可以得出， 吸附時(shí)間對(duì)于吸附效果的影響相對(duì)明顯。實(shí)驗(yàn)剛開始，隨著吸附時(shí)間的增加，去除率是有明顯提高的，在 3 小時(shí)時(shí)，達(dá)到最大值，當(dāng)吸附時(shí)間繼續(xù)增加，去除率開始減小，當(dāng)吸附時(shí)間為 4～ 5 小時(shí)時(shí)，去除率開始趨于恒值，基本不變。因此，在做廢水中甲醛吸附試驗(yàn)時(shí)，吸附時(shí)間應(yīng)選擇 3 小時(shí)為最佳時(shí)間。 （ 5）活性炭纖維吸附甲醛時(shí)，甲醛初始濃度的大小，對(duì)于去除效率也有一定的影響。當(dāng)初始濃度較小時(shí)，其去除率較大，隨著濃度的增大，其去除率逐漸變小。本次試驗(yàn)中，濃度為 5ug/mL 時(shí)，去除率達(dá) 到最大值 %，可以看出，這個(gè)去除率相對(duì)來(lái)說(shuō)是比較 高的，而當(dāng)甲醛濃度為 40ug/mL～ 60ug/mL 時(shí)，去除率下降很快，都不到 50%。因此用活性炭纖維吸附法處理甲醛廢水時(shí)不適宜濃度較高的廢液。 （ 6）合理的選擇一個(gè)振蕩溫度在一定范圍內(nèi)可以提高活性炭纖維對(duì)于甲醛的吸附效率。本實(shí)驗(yàn)所得結(jié)果為，在 20℃ 和 90℃ 時(shí)，活性炭纖維吸附甲醛的去除率為最小值， 30℃時(shí)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(shí)，其去除率為 87%。因此可得，要使活性炭纖維吸附甲醛達(dá)到最大去除 率，其振蕩溫度應(yīng)選擇 30℃ 。 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(shí)驗(yàn)研究?jī)H在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)完成，為將來(lái)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(gè)方面展開： （ 1） 通過(guò)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。 （ 2） 做正交試驗(yàn)，選擇出一個(gè)最佳的綜合吸附條件。 第 34 頁(yè) 共 38 頁(yè) 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