油墨废水去除COD用竹炭的活化与再生

吴秋艳，操婷婷，沈宏坤，赵茹茹

（池州学院 材料与化学工程系，安徽 池州247000）

油墨废水去除COD用竹炭的活化与再生

吴秋艳，操婷婷，沈宏坤，赵茹茹

（池州学院 材料与化学工程系，安徽 池州247000）

近年来油墨废水的排放量日渐增多，其化学需氧量（COD）超标现象严重。而竹炭具有良好的吸附能力，在油墨废水处理方面有着广泛的应用前景。为了提高竹炭吸附去除油墨废水中COD的能力，对竹炭的氢氧化钠活化及高温烘焙再生进行了研究。实验结果表明：氢氧化钠活化的最佳条件为4.0mol/L氢氧化钠浸泡24h，竹炭经活化处理后，对油墨废水COD的吸附率有显著提升；竹炭再生的最佳条件为400℃下烘焙60 min，二次再生率可达89%。

竹炭；活化；再生；化学耗氧量（COD）

前言

水性油墨简称水墨，水性油墨是用水作为主要溶剂或分散介质来代替传统油墨中占30%～70%的有毒有机溶剂，可以大大降低生产过程中有机溶剂的使用量，减小对油墨制造者和印刷操作者的健康损害，减少释放到空气中的挥发性有机物的量，是一种新型绿色印刷材料[1]。随着环保要求的不断提高，水性油墨的发展相当迅速。但是在水性油墨的生产和应用过程中，由于设备清洗会产生一定数量的废水，此废水的特点是成分复杂、色度很高、COD值较大、难生物降解，直接排放会对水体造成严重的污染[2]。因此采取必要措施减少油墨废水对环境的影响是迫在眉睫。国内外对油墨废水的处理已做了大量的研究，物理法、化学法，生物法都有被采用，主要有吸附、气浮、超滤、化学混凝、铁屑微电解、光催化氧化、化学氧化、水解酸化或各工艺组合[3]，各有其优缺点。竹炭质地坚硬，细密多孔，具有较大的比表面积和很强的吸附性，已在水质处理等领域有所应用[4-10]。我国的竹资源丰富，劳动力成本低，具有生产竹炭的天然优势。因此，利用竹炭处理油墨废水具有较好的应用前景。

为了提高竹炭对油墨废水COD的吸附效果，本实验以池州某造纸企业生产过程中产生的油墨废水为研究对象，探究了竹炭的活化及再生处理对其吸附的影响，确定了活化和再生的最佳条件，为竹炭在油墨废水处理方面的应用提供了一定的理论依据。

1 实验材料与方法

1.1 仪器与试剂

仪器：

WK-150A小型超微粉碎机 （山东省青州市精诚机械制造有限公司）；DH6-924385-Ⅲ电热恒温鼓风干燥箱 （上海新苗医疗器械制造有限公司）；SHB-3循环水多用真空泵 （郑州杜甫仪器厂）；FA2104N电子天平(上海菁海仪器有限公司)；SXL-1008程控箱式电炉（上海精宏实验设备有限公司）

试剂：

实验所用试剂重铬酸钾、邻菲罗啉、六水硫酸亚铁铵、七水硫酸亚铁、硫酸银、氢氧化钠、浓硫酸和盐酸等，均为分析纯。

1.2 竹炭的活化

称取一定量的竹炭粉末浸泡于氢氧化钠溶液中，固液比为1:10，用水漂洗至中性，在105℃干燥两小时，备用。

1.3 竹炭的再生

将吸附饱和的竹炭粉末(未经活化处理)置于箱式电炉中高温焙烘再生。

1.4 指标测试

1.4.1 竹炭对油墨废水COD的吸附

称取竹炭粉末4.0 g于锥形瓶中，加入1:6稀释后的100 mL油墨废水试样，搅拌吸附1 h，过滤，测定竹炭吸附前后的油墨废水COD值。

采用河道修复技术时，可以种植优良水生植物以及具有修复水环境功能的水草，借助其自然功能改善水体环境，同时对河流中的磷、氮元素的控制也有一定的控制作用，最终达到降低河流中过量营养元素、保障水体水质的效果。

1.4.2 COD采用重铬酸钾法（CB11914-89）测定竹炭对油墨废水中COD的吸附率按下式计算：

式中，η为竹炭对油墨废水COD的吸附率；

C0为竹炭吸附前油墨废水的COD初始浓度（mg/L）；

Ce为竹炭吸附后油墨废水的COD浓度（mg/L）。

2 结果与讨论

2.1 氢氧化钠浸泡法活化

为了提高竹炭的吸附能力，采用氢氧化钠对竹炭进行了活化处理。分别考察了活化时间及氢氧化钠浓度对竹炭的活化效果的影响。

2.1.1 活化时间 竹炭在3 mol/L氢氧化钠中浸泡活化不同时间（6 h、12 h、18 h、24 h、30 h）后对油墨废水COD的吸附率见图1。

图1 氢氧化钠活化时间对竹炭活化效果的影响

由图1可以看出，随着氢氧化钠浸泡活化时间的延长，竹炭对油墨废水COD的吸附率逐渐提高，24 h后基本达到平稳。

2.1.2 氢氧化钠浓度 竹炭在不同浓度的氢氧化钠溶液中 （1.0 mol/L、2.0 mol/L、3.0 mol/L、4.0 mol/L、6.0 mol/L）浸泡活化24 h后，竹炭对油墨废水COD的吸附率见图2。

由图2可以看出，随着氢氧化钠浓度的不断增大，竹炭对油墨废水COD的吸附率不断提高，氢氧化钠浓度为4.0 mol/L时，COD吸附率达到最大，之后略有下降。

图2 氢氧化钠浓度对竹炭活化效果的影响

由此可见，氢氧化钠浸泡法对竹炭的活化效果明显。这主要是由于经过氢氧化钠活化的竹炭表面碱性含氧基团大量增加，增强表面的非极性，从而提高竹炭对非极性物质的吸附性能，在一定程度上有助于对某些污染物质特别是有机物的吸附[11]。

2.2 竹炭再生

为了研究竹炭的重复利用率，采用高温烘焙法对竹炭进行了再生处理。分别考察了烘焙温度及烘焙时间对商品竹炭的再生效果的影响。

2.2.1 烘焙温度 吸附饱和的竹炭分别在不同温度下 （300℃、350℃、400℃、450℃、500℃） 烘焙60 min后对油墨废水中COD的吸附率见图3。

图3 烘焙温度对竹炭再生效果的影响

由图3可以看出，在烘焙时间为60 min时，随着烘焙温度的升高，竹炭对油墨废水COD的吸附率先增大后减小，在400℃时吸附率最高。

2.2.2 烘焙时间 吸附饱和的竹炭在温度为350℃时烘焙不同时间后 （20 min、40 min、60 min、80 min）对油墨废水中COD的吸附率见图4。

图4 烘焙时间对竹炭再生效果的影响

从图4可以看出，在烘焙温度为350℃时，随着烘焙时间的延长，竹炭对油墨废水COD的吸附率先增加后降低，烘焙60 min时吸附率最高。

总体看来，高温烘焙法再生效果较好。在高温下，竹炭吸附的各种污染物发生解吸，并且大部分被炭化分解，竹炭的空隙得到疏通释放，从而可以再次利用。但是由于随着温度升高，竹炭的灰份也随之增加，竹炭的孔隙可能发生坍塌，部分物质炭化沉积，比表面积和孔容减小，竹炭的吸附率也就降低[12]。因此，最适宜的烘焙温度应选择400℃。而烘焙时间过长，竹炭的部分孔隙可能被炭化所损坏，导致吸附率下降。所以，竹炭再生的烘焙时间应选择60 min为宜。

与再生之前竹炭的COD吸附率（40.3%）比较，再生之后竹炭的吸附率反而增高。这可能主要是因为竹炭吸附的污染物在高温炭化过程中又形成了新的孔隙，并且实验所用竹炭为土窑烧制，不能精确地控制炭化温度，炭化不完全，孔隙没有完全打开。经过高温再生后，炭化程度提高，竹炭的比表面积增大，所以导致竹炭对COD的吸附率较再生前升高。将一次再生后吸附饱和的竹炭进行二次再生，再生率可达到89%，仍然保持了较高的吸附能力。

3 结论

综上所述，采用氢氧化钠活化处理以后的竹炭对油墨废水COD的吸附能力有较大的提高，最佳的活化处理工艺是4.0 mol/L氢氧化钠浸泡 24 h。而竹炭经过高温烘焙再生后，仍能保持较高的COD吸附率，最佳再生条件为：400℃烘焙60min。

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[责任编辑：钱立武]

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1674-1104(2014)03-0031-03

10.13420/j.cnki.jczu.2014.03.009

2013-12-04

池州学院研究生引进项目（2010RC001）；安徽省级大学科技创新训练项目（AH201311306141）。

吴秋艳（1984-），女，安徽石台人，池州学院材料与化学工程系，助理实验师，硕士，主要从事环境化学与环境监测方向的研究工作。