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含酚废水是我国当前最复杂、最难处理的工业废水之一。随着科技的发展,处理含酚废水的方法越来越多样化,但吸附法依然是其中最简单却又行之有效的方法之一。而活性炭又是最常见的吸附剂,因而全面系统地研究活性炭对含酚废水的吸附机理及吸附模型,探讨增大吸附容量的方法,具有重大的意义。以苯酚和对硝基苯酚制成模拟工业废水作为吸附质,椰壳炭和煤基炭做为吸附剂,以静态吸附法和搅拌槽吸附法做为实验方法,研究了活性炭对模拟含酚废水溶液的吸附行为,并对椰壳炭进行了改性研究,可为活性炭在含酚废水处理领域中的进一步应用提供了参考。
首先,以静态吸附实验为基础,考察了活性炭量、pH值和温度等因素对活性炭吸附模拟含酚废水性能的影响。采用Langmuir和Freundlich吸附等温线模型对吸附行为进行了拟合,其拟合度均在0.98以上。并用拟合数据计算了活性炭吸附模拟废水热力学函数值。结果表明,活性炭对模拟含酚废水的吸附是一自发过程,其吸附过程是放热过程,由AG绝对值小于30 kJ·mol-1,显示吸附主要为物理吸附。平衡吸附量在pH值在2~6的范围里,基本保持不变。
其次,以搅拌槽吸附实验为基础,研究了吸附过程中的动力学和热力学特性。采用准一级方程和准二级方程对吸附过程进行了拟合。结果表明,准二级方程能更好地对吸附过程进行拟合,其拟合度均大于0.99。转速的增大有利于吸附速率的增大;温度的升高和活性炭投入量的增多,都在增大反应速率的同时,降低了平衡吸附量;而初始浓度的增大,会减小反应速率,同时增大平衡吸附量。由所测活化能为25.7 kJ·mol-1,表明吸附主要为理物理吸附,所以活性炭对模拟含酚废水的吸附具有吸附速度较快的特点。
最后,利用硝酸氧化、高温热处理和微波处理三种方法对椰壳炭进行了改性,并采用热重分析、Boehm滴定、扫描电镜和孔径结构测定四种方法对改性前后的椰壳炭进行了表征。结果表明,经硝酸氧化改性后活性炭表面酸性含氧基团大量增加,与水的亲和力增大,同时活性炭的比表面积减小,不利于吸附水溶液中的有机物。微波改性和高温改性是两种减少含氧官能团的有效方法,但这两种方法同时也会破坏活性炭的孔径结构,确定更适宜的改性条件以提高活性炭对含酚废水的吸附量是值得继续研究的课题。