竹炭对溶液中2,4-二硝基氯苯的吸附与回收研究

王桂仙，张启伟，张晓燕

竹炭对溶液中2,4-二硝基氯苯的吸附与回收研究

*王桂仙，张启伟，张晓燕

（丽水学院化学化工系，浙江，丽水 323000)

本研究了竹炭对溶液中2,4-二硝基氯苯(CDNB)的吸附行为。研究确定竹炭对CDNB的吸附平衡时间、最佳吸附pH以及吸附温度、吸附剂用量等因素对吸附效果的影响。实验结果表明：CDNB初始浓度0=0.05 mg/mL，T = 298 K，pH = 5.0，吸附时间= 12 h时，竹炭对CDNB的吸附率E 可达到97.6 %；用乙醇作洗脱再生剂，洗脱率可达95.2 %；且脱附的CDNB可用蒸馏重结晶法回收，回收率可达86.4%。CDNB吸附处理的材料。

竹炭; 2,4-二硝基氯苯(CDNB); 吸附; 回收

2,4-二硝基氯苯(CDNB)是一种重要的精细化工中间体，广泛应用于染料、医药、农药、炸药、化学助剂等领域。含有2,4-二硝基氯苯的废水是一种对人类危害十分严重而又普遍存在的工业废水，因为芳香族硝基化合物的高毒性，难降解，所以其废水的处理引起了广泛的关注，如果能利用一种良好的吸附材料对其进行富集、回收，不仅不会污染环境，还可获得良好的经济效益[1-2]。

竹炭是竹材热解产品，有较大的表面积和强的吸附能力。作为一种新型吸附剂，竹炭被广泛的应用在废水、废气的处理中[3-5]。本系统研究了竹炭对2,4-二硝基氯苯性能，并对吸附后的竹炭进行洗脱再生、对吸附液中的2,4-二硝基氯苯进行回收，均取得较优的效果，能为2,4-二硝基氯苯废水处理、富集回收提供一种良好的实验手段。

1 实验部分

1.1 主要仪器及试剂

UVmini-1240紫外可见分光光度计；THZ-82A型水浴恒温震荡（± 0.5 ℃）；

2.00 mg/mL 2,4-二硝基氯苯储备液用2:1乙醇水溶液配制，其它实验所用试剂均为分析纯。

实验所用机械竹炭由浙江富来森有限公司提供。竹炭的处理：竹炭经粉碎、过筛，选出不同粒径的竹炭。实验所用竹炭先经去离子水浸泡24 h后，用水洗涤至澄清，120 ℃烘至质量恒重，待用。实验所用竹炭的粒径为30-40目，它在吸附时，沉于溶液底部，便于分离。

1.2 吸附实验

准确称取一定量经处理过的竹炭于100 mL的碘量瓶中，加入一定体积的2,4-二硝基氯苯储备液，缓冲溶液及水，使溶液的总体积为75 mL，置于恒温水浴振荡器()中振荡至平衡，震荡速率控制在80 r/min。取样，用分光光度计法下测定样品中中2,4-二硝基氯苯的浓度e(mg/mL)，按下式计算吸附量（mg/g）和吸附率%。

式中0为吸附质溶液的初始浓度(mg/mL)，e为吸附质溶液的平衡浓度(mg/mL)；为吸附质溶液总体积(mL)；为吸附剂质量(g)。

1.3 2,4-二硝基氯苯分析方法

准确移取一定体积的待测液于比色管中，用去离子水稀释至刻度，充分摇匀，放置10 min，以试剂空白作参比，在波长232 nm处测定吸光度，根据吸光度及标准曲线，计算待测液浓度。

1.4 竹炭的洗脱再生及2,4-二硝基氯苯的回收

取一定量吸附后的竹炭(吸附量已知)中，加入一定量的无水乙醇(作洗脱液)，在= 298 K条件下振荡洗脱一定时间。分离，其分离出的竹炭，用去离子水洗涤2~3次后，烘干，进行二次吸附实验。

分离后洗脱液，①取样，用分光光度法测定洗脱液中2,4-二硝基氯苯的浓度，计算洗脱率；②其余洗脱液用蒸馏重结晶法提纯2,4-二硝基氯苯，低温烘干，称重，计算回收率。

2 结果与讨论[l3]

2.1 溶液pH对吸附效果的影响[l4]

按1.2节的实验方法测定pH值为3~6的NaAc-HAc缓冲体系中竹炭对2,4-二硝基氯苯的吸附量。实验条件为：竹炭量50.0 mg，CDNB初始浓度0= 0.05 mg/mL，= 298 K 。实验结果见表1。

表1 不同pH下的吸附量

实验发现：在pH值=3~6的范围内，竹炭对CDNB均有良好的吸附，吸附量在19.8~25.6 mg/g，其中，最佳吸附pH值为5.0，吸附量为25.6 mg/g，吸附率%为34.1%。以下吸附实验均在pH值为5的条件下进行。

2.2 吸附平衡时间

按1.2节的实验方法进行吸附实验，实验条件为：竹炭量50.0 mg，CDNB初始浓度0= 0.05 mg/mL，= 298 K，pH = 5.0。在振荡吸附过程中，每隔一定时间取样测定吸附质溶液中CDNB的浓度，直至平衡。得到一系列数据，经体积校正后换算成时刻每克竹炭对CDNB的吸附量Q（mg/g）。实验结果见表2。

实验表明：竹炭CDNB的吸附量随吸附时间的增加而增大，并表现出先快后慢的趋势。在720 min时，吸附量基本保持不变，既达到吸附平衡，即吸附平衡时间为12 h。[l5] 因此以下竹炭吸附CDNB的吸附时间均为12 h。

表2 吸附平衡霎时间的测定

2.3 吸附剂用量对吸附量的影响

改变吸附剂竹炭的用量，按1.2节的实验方法进行吸附实验，其它吸附条件为：CDNB初始浓度0= 0.05 mg/mL，= 298 K，pH=5.0，吸附时间= 12 h。实验结果见表.3。

表3 竹炭用量对吸附效果的影响

实验结果表明：增大吸附剂竹炭的用量，可以明显提高竹炭对CDNB的吸附率。因此，只要吸附剂用量选择合适，完全可以除去废水中的有害物质。上述实验条件下，用300 mg的竹炭，达吸附平衡时，残留液中的CDNB浓度只有0.0012mg/mL或1.2 mg/L，基本上达到国家(GB8978-1996)污水排放二级标准(二级标准为1.0 mg/L)[6-7]。

2.4 温度对吸附的影响

改变吸附温度，按1.2节的实验方法进行吸附实验，其它吸附实验条件为：竹炭量50.0 mg，CDNB初始浓度0= 0.05 mg/mL，pH = 5.0，吸附时间= 12 h。实验结果见表4。

表4 温度对吸附的影响

实验结果表明：温度升高，吸附量减小，说明吸附温度高，不利于吸附，同时也表明其竹炭吸附CDNB的过程是放热过程。

2.5 竹炭的再生试验与洗脱液中CDNB的回收

按1.4节实验方法进行吸附后竹炭的再生和洗脱液中CDNB的回收实验。按200.0 mg竹炭用100 mL的无水乙醇进行试验。实验结果如下：竹炭初次吸附的吸附量25.6mg/g，经洗脱再生后竹炭对CDNB的二次吸附量24.3mg/g，此结果表明，经洗脱再生后的竹炭其吸附能力恢复到原来的94.5%；对洗脱液中CDNB浓度测定计算得洗脱率为95.2%，说明无水乙醇可作为有效的洗脱剂；对剩余洗脱液进行蒸馏重结晶法提纯CDNB，其回收率为86.4%，此法可加收富集后的CDNB。

3 结论

用实验方法研究了竹炭对2,4-二硝基氯苯(CDNB)的吸附条件与性能。实验研究表明：(1)竹炭对水溶液中CDNB有良好的吸附效果。在= 298 K时，CDNB在竹炭上的吸附平衡时间约为12 h，最佳吸附酸度为pH = 5.0。在= 298 K，CDNB的初始浓度0= 0.050 mg/mL(即50.0 mg/L)，溶液总体积为75.0 mL时，加入合适量的吸附剂，其吸附率可达到97.6 %；(2) 温度升高，吸附量减小，表明其竹炭吸附CDNB的过程是放热过程； (3) 用无水乙醇可有效的脱附剂，在实验条件下洗脱率可达95.2 %，且脱附的CDNB可用蒸馏重结晶法回收，回收率可达86.4%。

[1] 梁诚. 2,4-二硝基氯苯生产视伏与发展起势[J].中国氯碱,2003(7):18-25.

[2] 刘晓超, 马丽丽.含芳香族硝基化合物废水处理技术的现状及发展前景[J].化工环保,2004,24(01):33-37.

[3] 陈文渊.竹炭吸附水中有机物的研究[D].福州:福建农林大学,2004:1-8.

[4] Wang Guixian，Wang Muhua，Zhang Qiwei. Adsorption property of aniline on bamboo-charcoal[J].林业科学, 2008,44(3):135-139.

[5] Zhang Qiwei, Wang Guixian, Wang Muhua. Thermodynamic and kinetic parameters for adsorption of nitrobenzene by bamboo-charcoal [J].林业科学,2009, 45(8):113-116.

[6] GB 8978-1996.污水综合排放标准[S].北京:中国标准出版社,1996.

[7] 秦伟程.我国有机中间体废水治理技术现状与发展[J].精细化工原料及中间体,2003(10):9-14.

Study on Adsorption and recovery of 2,4-Dinitrochlorobenzene by Bamboo-Charcoal

*WANG Gui-xian，ZHANG Qi-wei，ZHANG Xiao- yan

（Department of Chemistry，Lishui University，Lishui，Zhejiang 323000, Chian）

Adsorption behavior of the bamboo- charcoal for 2,4-Dinitrochlorobenzene(CDNB) was studied. Effects of the absorption equilibrium time, pH, temperature and mass of absorbent on the absorption efficiency were investigated. Results showed that bamboo-charcoal could effectively remove 97.6% CDNB from aqueous solution under the conditions of C0for 0.05 mg/mL, temperature for 298 K, pH for 5.0 and time for 12 h. The regeneration percentage could reach up to 95.2 % using alcohol as elution regenerant, and the desorbed CDNB can be recovered with the rate of 86.4% by distillation recrystallization method. It could be concluded that the bamboo-charcoal is the better absorptive material removing CDNB from aqueous solution.

bamboo-charcoal; 2,4-dinitrochlorobenzene(CDNB); absorption; recovery

O647.31+4

A

10.3969/j.issn.1674-8085.2012.02.010

1674-8085(2012)02-0038-03

2012-12-15；

2012-02-27

浙江省科技厅科技计划项目(2010C31G2260008);丽水学院校科研项目(2009021)

*王桂仙(1962-)，女，浙江绍兴人，副教授，主要从事无机化学材料及环境化学研究(E-mail: lsxywgx@126.com);

张启伟(1959-)，男，浙江浦江人，副教授，主要从事物理化学及环境化学研究(E-mail: lsxyzqw@126.com);

张晓燕(1971-)，女，浙江龙泉人，实验师，主要从事无机化学及环境化学研究(E-mail: lsxywgx@126.com).