天津泰研科技发展有限公司 天津 300400
摘要：我国染料工业获得较大的发展的同时,也产生了大量的生产废水。文章主要研究用活性炭吸附法处理染料废水。
关键词：活性炭吸附法；染料废水；研究进展；
0引言
印染废水具有排放量大、COD含量高、色度大、成分复杂、可生化性差的特点,对水环境及人体健康均会产生一定的毒害效应。印染废水排放量已跃居各行业污水排放量前4 位。据统计,印染1 t纺织品,用水量可达100～200 t,其中80%～90%会变成废水[1]。印染废水的COD含量高达2 000～3 000 mg/L[2],其中的染料分子吸光性极强,一旦进入水体将会极大地降低其透明度,影响水生生物和微生物的生长,对水体的自净功能也会产生阻碍。染料分子通常是带有苯环结构的复杂物质,毒性大,难于生物降解,有些印染废水中甚至还有致癌和致畸的有机化合物。因此,印染废水的处理受到了广泛关注。
印染废水常用的处理方法有吸附法、萃取法、生物法、化学氧化法、高级氧化法、混凝法及各种联用方法,其中吸附法应用最广。吸附是指发生在相界面上的物质分子之间的浓度自动发生变化的一种现象。吸附作用体系由吸附质与吸附剂两部分组成,吸附质主要是指用来被吸附的物质,可以为分子或离子等;吸附剂通常是指起吸附作用的具有大比表面积且多孔的物质或材料。吸附技术一般适用于低浓度印染废水的处理,投资小,成本低,易于操作。目前,普遍采用的吸附剂是活性炭。
1活性炭吸附法
该方式是对印染污水进行处理的一种较早方法,在水中溶解性有机物的处理方面具有较好的效果,一般应用在较低浓度的废水处理当中。
(1)不同染料吸附。在印染工业中,通过活性炭的应用,则能够对废水中的酸碱性燃料以及活性燃料进行有效地去除,对于活性炭方式来说,其在水溶性染料处理中具有较好地效果,但在不溶性燃料以及悬浮固体燃料方面处理效果不是很好。一般情况下,通过活性炭材料的应用能够在较短的时间内使染料实现平衡,而个别部分的处理时间则相对较长,一般会处于3~17h范围当中。
(2)pH值对处理效果的影响。根据燃料废水自身性质以及组成方面的特征,pH值也将对实际处理效果产生不同的影响。对于酸性染料来说,当pH值增加时,染料的脱色率将随之降低。而对于碱性染料,当pH值增加时,其脱色率则将随之增加。如果染料为中性,那么pH值同脱色率间的关系则不大,但从总体来说,其对于染料处理效果也将存在着一定的影响,但影响幅度不大。
2活性炭吸附处理染料废水的耦合方法
2.1微波强化内电解染料
这些年来我国逐渐发展了一种微波强化内电解处理染料废水的新方法,用活性炭与铸铁按一定比例混合,以活性炭的吸附作用、炭与铸铁以及铸铁本身的内电解作用处理印染废水;然后利用微波再生炭铁混合物。这样不仅吸附饱和的活性炭被微波再生,吸附作用恢复并稍有提高,同时微波起到了强化炭铁混合物的内电解作用的效果。采用这种新方法对染料模拟废水进行处理,结果令人满意。
2.2颗粒活性炭负载TiO2薄膜
现时,国内外非均相光催化氧化处理污水的研究工作多采用无毒、难溶、可重复使用的钙钛矿型的TiO2作为催化剂,以紫外光激发TiO2,产生OH•自由基,使有机物氧化。这一理论取得一定的成果。但是,该技术在实际应用中仍然存在着问题,其中需要解决的主要问题之一是TiO2催化剂的固定。有研究以杏壳颗粒活性炭作为催化剂的载体,以钛酸四丁酯为前驱物,采用溶胶-凝胶法对TiO2光催化剂进行固定,并对含染料溶液进行了光催化降解,利用溶胶-凝胶技术制备以颗粒活性炭为载体的TiO2膜处理染料污水,脱色率较高,平均可达92%。
2.3载锰活性炭对甲基紫染料微波降解
有研究者制备出一系列负载锰氧化物的颗粒活性炭,通过研究并发现:在活性炭存在下,微波辐射可使甲基紫染料废水迅速脱色。甲基紫的微波降解动力学可近似看作一级反应。微波辐射时间、甲基紫溶液初始浓度、溶液pH值、活性炭量和微波辐射功率等因素对甲基紫的微波降解均有影响。相对于普通活性炭,适当负载锰氧化物后可以明显提高甲基紫的降解率。
活性炭与其它材料、方法复合处理染料废水的例子不胜枚举,并在不断的发展当中,通过研究,已经得到不少令人可喜的结果。
3活性炭的改性方法
活性炭的改性主要是通过活性炭与其他化学物质发生反应来改变活性炭表面的一些特定的官能团种类及数量,从而改善活性炭的吸附能力[18]。目前,改性的方法主要分为物理方法和化学方法两大类。
3.1活性炭的物理改性
物理改性是通过物理手段(如高温加热等)改变活性炭的比表面积和孔隙结构来提高活性炭的吸附能力。Attia发现,活性炭经高温处理(600℃)后,比表面积和总孔容均有显著增加,分别增加6.6%和8.6%。微波加热是常用的物理改性方法。相比于传统加热处理方法,微波加热具有加热快、微波热源不需和活性炭直接接触、操作方便和费用低等优点。物理改性有时也可以改变活性炭的表面化学特性(如活性炭表面的官能团类型)以影响吸附效果。丁春生等采用微波对活性炭进行改性,改性后的活性炭对亚甲基蓝染料的吸附量比改性前升高了1.593倍。经测定,改性后的活性炭比表面积和总孔容均有所下降,主要原因是微波加热降低了含氧官能团的数量,增加了碱性基团的数量,从而增加了亚甲基蓝吸附量。但是,物理改性成本相对较高,不适合去处理大流量的工业印染废水。
3.2活性炭的化学改性
活性炭的化学改性主要包括炭的还原改性、氧化改性、等离子体的化学改性和物质表面活性剂的化学改性等。化学改性可增加活性炭表面特定官能团的数量,但可能会降低活性炭的比表面积和孔隙体积[22]。
3.2.1还原改性
还原改性是将活性炭与还原剂进行反应,以增加活性炭表面的碱性基团的数量。改性后的活性炭常用于还原染料及非极性染料的吸附。刘斌等[24]在500℃N2氛围中和15%氨水条件下对活性炭进行了改性处理,改性后对品红的脱色率分别增加了22.7%和19.1%,对COD也有极高的去除率。
3.2.2氧化改性
氧化改性是选用一定的氧化剂在合适的温度下对活性炭材料表面的官能团进行氧化处理,引入酸性官能团,以提高活性炭材料极性和亲水性,增强对极性物质的吸附能力,常用的氧化剂有HNO3,H2O2,(NH4)2S2O8等。Goswami和Phukan采用H2SO4对活性炭进行改性得到高吸附性能的活性炭,比表面积达到1169.3m2/g,对罗丹明B和甲基蓝的最大吸附量可达757.6mg/g和714.3mg/g。同时,氧化改性后还可增加活性炭的强度。
3.2.3等离子体改性
等离子体改性是在真空或一定的大气压下放电产生等离子体与活性炭表面进行碰撞,从而改变活性炭的理化性质,如可以增加活性炭的含氧含氮官能团。其操作简单、高效,属于环境友好型改性技术。研究证实,等离子体改性可以改变活性炭的孔隙结构及官能团。Sahin等采用低温等离子改性杏壳活性炭,研究表明,改性后的活性炭提高了水中的EBT染料去除率。该方法的缺点是所需材料和设备成本较高,所以限制了其推广应用。
3.2.4表面活性剂改性
表面活性剂价格低廉,应用广泛。将其用于活性炭改性,可以有效地改变活性炭表面的电荷特征,提高活性炭的亲水性,同时也不会影响或破坏活性炭自身的性能和结构稳定性,还可以减少颗粒间的相互吸引,促进活性炭在水中的分散。张蕊和葛滢采用十二烷基硫酸钠(SDS)对活性炭粉末进行改性,与未改性的活性炭相比,改性后的活性炭对阳离子橙染料的最大吸附量增加了47.8%,且大幅度缩短了吸附平衡时间。
4结语
如何能够对活性炭再生技术进行提高、通过对活性炭的循环利用实现其成本的降低则成为了未来工作开展的重点内容。同时,根据活性炭处理这项工作所具有的特殊性质,也需要积极研究其他方式同化学剂的耦合应用,在以其作为发展方向的同时不断开发、研究,以此获得更好的废水处理效果。
参考文献
[1]刘元伟,贾冬梅,李晶,等.一种新型复合吸附剂去除印染废水中亚甲基蓝[J].环境工程,2014,32(7):20-23,84.
[2]桂澄,贾凡,王赏,等.萃取法处理模拟活性染料废水[J].印染,2018(18):40-44.