活性炭除廢水中的活性黑5染料

　　污水污染是一個(gè)主要的環(huán)境問題，其中一個(gè)關(guān)鍵問題是存在劇毒物質(zhì)，特別是可能導(dǎo)致致癌問題的合成染料。這些類型的廢水可歸類為污染物含量高的工業(yè)廢水。染料分為非離子型、陽離子型和陰離子型三種。這三者都溶于水，即使少量也可能有害。著色劑可分為天然染料和合成染料，合成染料是更常用的類型，有多種顏色可供選擇。合成染料按其特定用途分類，即活性染料、直接染料、分散染料、堿性染料和還原染料。它們還根據(jù)其化學(xué)結(jié)構(gòu)和不同的官能團(tuán)進(jìn)行分類，例如偶氮、蒽醌、硫、酞菁和三芳基甲烷。許多行業(yè)使用大量合成染料，這些染料在染色過程中可能會(huì)釋放到廢水中，因?yàn)樗鼈兙哂蓄B固性、不可生物降解性、對氧化劑穩(wěn)定和有毒，因此會(huì)對水生生物造成嚴(yán)重?fù)p害。已發(fā)現(xiàn)活性炭吸附是一種非常有效的處理方法。在這項(xiàng)工作中，制備了一種由活性炭和氯化鋁組成的新型吸附材料，用于在各種實(shí)驗(yàn)條件下去除商業(yè)陰離子和蒽醌活性染料，即活性黑5染料。

　　活性黑5是一種常用的陰離子偶氮染料(C26H21N5Na4O19S6，分子量：991.82g/mol)(圖1)。活性染料能夠與所應(yīng)用的纖維發(fā)生化學(xué)鍵合，形成共價(jià)鍵。它們廣泛用于紡織行業(yè)，為棉和人造絲等纖維素纖維染色。染色和紡織品生產(chǎn)等工業(yè)過程中合成偶氮染料的存在對水資源構(gòu)成重大威脅，因?yàn)樗鼈儠?huì)在水生環(huán)境中長期存在，并可能具有誘變和致癌作用。這些染料是一種危險(xiǎn)品，會(huì)對環(huán)境造成嚴(yán)重威脅。

　　圖1：活性炭黑5(C26H21N5Na4O19S6)的結(jié)構(gòu)式。

　　鋁改性活性炭的合成

　　椰殼被用作合成活性炭的原料，然后用氯化鋁進(jìn)行改性。簡而言之，將0.8g的AlCl3添加到25mL中的5.0g活性炭樣品中，以實(shí)現(xiàn)其改性。首先混合內(nèi)容物(在25℃下1小時(shí))，然后進(jìn)行超聲處理(2小時(shí))、過濾并用蒸餾水洗滌。然后將混合物在60℃下干燥并煅燒5小時(shí)(500℃)以獲得鋁復(fù)合改性活性炭。在室溫下冷卻后，制備的吸附劑即可用于以下實(shí)驗(yàn)。

　　吸附實(shí)驗(yàn)

　　進(jìn)行實(shí)驗(yàn)以研究改性活性炭對活性黑5吸附的有效性。將吸附劑引入含有10mL不同初始濃度的活性黑5染料溶液的試管中，保持溫度。使用架空搖床和旋轉(zhuǎn)器以80rpm的速度攪拌混合物。在實(shí)驗(yàn)過程中，在保持其他參數(shù)不變的情況下，獨(dú)立地操縱各種實(shí)驗(yàn)因素。這些因素包括從2到10的pH水平，從2到300mg/L的活性黑5染料的初始濃度，從0.2到1.0g/L的吸附劑劑量(通過將0.002-0.01g添加到10mL的工作體積)，接觸時(shí)間從5分鐘到240分鐘不等。吸附后，從管中收集樣品并通過尼龍過濾器(0.45μm)，保存濾液用于測定。

　　活性炭用量的影響

　　進(jìn)行了批次實(shí)驗(yàn)以研究特定材料去除活性黑5染料的潛力。在進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)中，改變了材料改性活性炭的用量，并測試了其從初始濃度為100mg/L、pH值為2、溫度為25℃的水溶液中吸附活性黑5的效率，以及接觸時(shí)間24小時(shí)。改性活性炭在去離子水中的用量在0.2和1.0g/L之間。此外，使用未改性的活性炭進(jìn)行了類似的實(shí)驗(yàn)，以比較兩種材料的效率。圖2中的曲線表明，活性黑5的去除率隨著劑量的增加而增加。例如，隨著活性炭用量的增加，去除百分比從31%(使用0.10g/L)增加到99%(使用1.0g/L)。此外，數(shù)據(jù)顯示0.8g/L的用量導(dǎo)致82.5%的活性黑5去除率。與未改性的活性炭相比，其吸附能力在改性過程中得到增強(qiáng)，實(shí)現(xiàn)的更高活性黑5去除率證明了這一點(diǎn)。

　　圖2：與活性炭相比，改性活性炭用量對活性黑5吸附的影響。

　　吸附再生研究

　　通過回收研究調(diào)查了改性活性炭的再利用以從廢水中去除活性黑5。進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，最初使用100mg/L活性黑5和0.8g/L的改性活性炭，pH值為2。在第一個(gè)循環(huán)之后，使用0.01M/NaOH溶液對所使用的改性活性炭顆粒進(jìn)行處理大約2小時(shí)。此后，用蒸餾水沖洗顆粒以除去任何殘留的堿。選擇被認(rèn)為可接受的重復(fù)時(shí)間，以便能夠在后續(xù)循環(huán)中重復(fù)使用吸附劑。研究結(jié)果如圖3所示。在用1M/NaOH處理成功再生后，解吸的改性活性炭能夠重復(fù)使用多達(dá)四個(gè)循環(huán)以去除活性黑5。活性黑5的去除百分比在第一個(gè)循環(huán)中約為77.3%，在第四個(gè)循環(huán)后下降至約45.9%。總的來說，這項(xiàng)研究證明了將改性活性炭吸附劑重復(fù)使用四個(gè)循環(huán)以從廢水中去除活性黑5的潛力。

　　圖3：改性活性炭上的活性黑5在堿性pH值下再生后進(jìn)行四個(gè)吸附-解吸循環(huán)。

　　活性炭除廢水中的活性黑5染料，對改性活性炭吸附劑的性能進(jìn)行了評價(jià)，結(jié)果表明在pH值為2.0±0.1時(shí)，添加量為0.8g/L時(shí)，去除率達(dá)到82.5%，添加量為1.0g/L時(shí)，去除率達(dá)到82.5%。此外，在pH值2.0下，改性活性炭材料的帶正電表面將通過靜電力被吸引到活性黑5。在酸性pH水平下，活性黑5由于磺酸鹽基團(tuán)的去質(zhì)子化而表現(xiàn)為陽離子，導(dǎo)致活性炭和吸附物之間的靜電吸引。活性炭的吸附是多層的，更接近化學(xué)吸附，最后，改性活性炭成功再生并重復(fù)使用四個(gè)循環(huán)。

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