碱法制备甘蔗渣活性炭对有机实验室废水吸附处理效果研究

公维洁，卓先勤，陈春华

（海南热带海洋学院，海南三亚572022）

碱法制备甘蔗渣活性炭对有机实验室废水吸附处理效果研究

公维洁，卓先勤，陈春华

（海南热带海洋学院，海南三亚572022）

采用碱法制备甘蔗渣活性炭，采用光谱法研究海南当地甘蔗渣活性炭对有机实验室废水的处理能力，并讨论不同浓度NaOH溶液对活性炭吸附性能的影响。结果表明，用0.5 mol/L NaOH溶液活化制得的甘蔗渣活性炭处理有机废水的效果最好，其粒径限定在100～120目为宜。

有机废水；甘蔗渣；活性炭；最佳浓度

0 引言

实验室产生的有机废液含有大量残液和废溶剂，其主要成分为醇、酚、醛、醚、酮、烷烃、卤代烃、苯环系等有机污染物。这些有机污染废液若随意排放，不但影响人体健康，还会加大污水治理难度，同时也会使水体环境在一定程度上受到污染，导致水质恶化。

2007年，宣晓梅等人[1]用Fenton-粉煤灰联合法来处理有机实验室高浓度废水，去除率达到90%。2011年，陈碧芬等人[2]采用臭氧电晕协同处理高浓度有机实验室废水，处理后废水的可生化性得到很大提高。2012年，高雪丹等人[3]用铁炭微电解-Fenton氧化联合处理高浓度有机实验室废水，废水COD总去除率达48.32%。2013年，屈军艳等人[4]用椰壳、香蕉皮、香蕉茎杆、香蕉叶、甘蔗渣活性炭和普通木炭活性炭处理有机实验室废水，利用光谱法和高锰酸钾法相对比，得出甘蔗渣活性炭处理有机实验室废水效果最好，粒径限定在100～120目。在此基础上，对制备甘蔗渣活性炭中活化剂的选择和最佳用量进行了研究，并讨论其对不同有机实验室废水的处理效果。

1 材料和设备

1.1 试验材料与设备

氢氧化钠、甲苯、苯、丙酮、乙酸乙酯、苯酚、环氧氯丙烷、正己烷，以上试剂均为分析纯。

甘蔗渣，海南当地种植的甘蔗压榨所得，购于三亚市第一市场。

分析天平，沈阳龙腾电子有限公司产品；调温电热套，巩义市予华仪器有限责任公司产品；电热恒温鼓风干燥箱、真空干燥箱，金坛市盛蓝仪器制造有限公司产品；双光束紫外可见分光光度计，北京普析通用仪器有限责任公司产品。

1.2 试验方法

（1）甘蔗渣样品初步处理。随机挑选几根甘蔗，去皮，切段，清洗，用压榨机压榨得到甘蔗渣。将甘蔗渣去节，切成小块，用自来水反复清洗，于热水中煮沸5～10 min，滤出，再用去离子水清洗，反复2～3次，沥干水分，置于70℃的鼓风干燥箱中烘至完全干燥，备用。

（2）活性炭的制备。①炭粒的制取[4]。取适量干燥后的甘蔗渣，切碎，装入规格为30 mm×200 mm的硬质试管中，在试管两端塞上棉团，再塞上带有导管的橡皮塞，然后用酒精喷灯加热，同时不断转动试管并移动喷灯，直到不再产生气体或见炭粒加热至红炽即可。将炭化甘蔗渣充分研磨，过筛（100～120目），得甘蔗渣炭粒。②炭粒的活化。取炭粒若干，平均分成5份于烧杯中，各加入50 mL一系列浓度的NaOH溶液（料液比为1∶20）[5-6]，加热至溶液呈淡黄色，煮沸15 min，弃去溶液，再倒入相应浓度的NaOH溶液煮沸15 min；冷却后过滤，用蒸馏水洗涤2～3次，再将炭粒倒入另一个干净的、盛有50 mL蒸馏水的烧杯中，煮沸15 min，弃去溶液，再换蒸馏水反复煮沸，用pH值试纸检验至中性，再把含有炭粒的溶液过滤[4]。③活性炭的干燥。将上述过滤后的活性炭粒置于干净的蒸发皿中，于105℃干燥箱中干燥3～4 h。然后将其装入一个干燥、洁净的瓶中保存，备用。

（3）样品的预处理和测定。取6份完全相同的有机实验室废水样品（主要含有甲苯、苯、乙酸乙酯、丙酮、环氧氯丙烷、苯酚等有机物质），每份30 mL，编号为1～6，其中1号为空白对照，向2～6号中分别加入用浓度为0.1，0.5，1.0，1.5，2.0 mol/L NaOH溶液活化制得相同粒度的甘蔗渣活性炭各1 g，静置2 h，过滤，对滤液和1号样品以紫外可见分光光度计于波长200～700 nm波段进行扫描，比较相同吸收峰的变化。根据废水处理效果，得出活化剂NaOH溶液的最佳浓度范围。

1.3 测定方法

按上述1.2（2）步骤制备甘蔗渣活性炭，其中活化剂NaOH溶液的最佳浓度范围由预试验所得，以0.1 mol/L为梯度配制0.1，0.2，0.3，0.4，0.5 mol/L一系列浓度的NaOH溶液。

（1）活性炭处理有机实验室废水。取6份完全相同的含有酚为主要有机污染物的有机实验室废水样品，每份30 mL，编号为1～6，其中1号为空白对照，向2～6号中分别加入上述用不同浓度NaOH溶液活化制得相同粒度的甘蔗渣活性炭各1 g，静置2 h，然后过滤，对滤液和1号样品进行检测。

再分别取含有酮、苯环系、烷烃、酯等为主要有机污染物的有机实验室废水各6份，每份30 mL，按上述方法操作，对比处理效果。

（2）需检测样品中有机物浓度的测定。取试验中所需检测的溶液，以紫外可见分光光度计于波长200～700 nm波段进行扫描，比较相同吸收峰的变化。从而判断加入不同浓度活化剂NaOH溶液制得的甘蔗渣活性炭对此类有机实验室废水处理效果影响的优劣，得出最佳方案。

2 结果与分析

2.1 样品预处理结果及分析讨论

分别以0.1，0.5，1.0，1.5，2.0 mol/L的NaOH溶液为活化剂制备甘蔗渣活性炭，用于处理有机实验室废水。

不同浓度NaOH活化剂制备活性炭处理有机废水紫外-可见光谱比较见图1。

图1 不同浓度NaOH活化剂制备活性炭处理有机废水紫外-可见光谱比较

由图1可知，制备甘蔗渣活性炭所用活化剂NaOH溶液的最佳浓度范围为0.1～0.5 mol/L。

2.2 不同浓度NaOH溶液制得的甘蔗渣活性炭对有机实验室废水处理效果

分别以0.1，0.2，0.3，0.4，0.5 mol/L NaOH溶液为活化剂制得的甘蔗渣活性炭，处理含有酚类、酮类、苯环系类、烷烃类和酯类有机实验室废水，并使用紫外可见分光光度计于波长200～700 nm波段进行扫描，比较相同吸收峰的变化，结果如下。

2.2.1 对含酚类有机实验室废水处理效果

分别用甘蔗渣活性炭1 g处理30 mL含酚类有机实验室废水2 h。

含酚类废水紫外-可见光谱比较见图2。

图2 含酚类废水紫外-可见光谱比较

由图2可知，不同浓度NaOH溶液活化制得的甘蔗渣活性炭对含酚类有机废水的处理效果有着明显不同。用0.5 mol/L NaOH溶液活化制得的甘蔗渣活性炭处理后的含酚类有机废水吸收峰最小，处理效率最高。

2.2.2 对含酮类有机实验室废水处理效果

用甘蔗渣活性炭各1 g处理30 mL含酮类有机实验室废水2 h。

含酮类废水紫外-可见光谱比较见图3。

图3 含酮类废水紫外-可见光谱比较

由图3可知，用0.5 mol/L NaOH溶液活化制得的甘蔗渣活性炭处理含酮类有机废水的效果比其他几个处理的效果要好得多。

2.2.3 对含苯环系类有机实验室废水处理效果

分别用甘蔗渣活性炭1 g处理30 mL含苯环系类有机实验室废水2 h。

含苯环系类废水的紫外-可见光谱比较见图4。

图4 含苯环系类废水的紫外-可见光谱比较

由图4可知，吸收峰随着废水中含苯环系有机物质的减少呈降低趋势，用0.5 mol/L NaOH溶液活化制得甘蔗渣活性炭处理后的含苯环系类有机废水吸收峰最小，处理效率最高。

2.2.4 对含烷烃类有机实验室废水处理效果

分别用甘蔗渣活性炭1 g处理30 mL含烷烃类有机实验室废水2 h。

烷烃类废水的紫外-可见光谱比较见图5。

由图5可知，用0.5 mol/L NaOH溶液活化制得甘蔗渣活性炭处理后的含烷烃类有机废水吸收峰最低，处理效果明显好于其他几种浓度活化制得的活性炭。

2.2.5 对含酯类有机实验室废水处理效果

分别用甘蔗渣活性炭1 g处理30 mL含酯类有机实验室废水2 h。

图5 烷烃类废水的紫外-可见光谱比较

含酯类废水的紫外-可见光谱比较见图6。

图6 含酯类废水的紫外-可见光谱比较

由图6可知，同样是用0.5 mol/L NaOH溶液活化制得甘蔗渣活性炭处理后的含酯类有机废水吸收峰最小，也就是说其吸附效果最好。

3 结论

经过对以上几种不同浓度NaOH溶液活化制得的甘蔗渣活性炭处理不同类别有机废水的结果分析，可以得出以下结论。

（1）用浓度为0.5 mol/L的NaOH溶液作为活化剂，制得的甘蔗渣活性炭处理有机废水的效果最好。

（2）活化剂NaOH的浓度是影响甘蔗渣活性炭吸附性能的重要因素，随着NaOH浓度的增加，活性炭的吸附性能未呈规律变化，这与NaOH活化法的活化机理有关[4]。

（3）通过对不同类有机实验室废水进行试验，发现活化剂NaOH的浓度对不同类的有机实验室废水处理效果影响不大。

（4）甘蔗渣作为一种废弃物制成活性炭用来处理有机实验室废水，能够达到以废治废的目的，具有方法简单、操作方便、成本低的特点。

[1]宣晓梅，金朝晖.粉煤灰吸附-Fenton氧化联合处理高浓度有机实验室废水[J].环境卫生工程，2007，15（1）：18-24.

[2]陈碧芬，董艳杰，彭振博，等.臭氧电晕协同处理有机实验室废水的研究[J].宁波职业技术学院学报，2011，15（2）：53-56.

[3]高雪丹，李占臣.铁炭微电解吸附-Fenton氧化联合处理高浓度有机实验室废水的研究[J].河北化工，2012，35（12）：61-64.

[4]屈军艳，胡成，殷明义，等.几种生物质活性炭处理有机实验室废水的研究[J].实验室科学，2013，16（1）：34-37.

[5]荆汝壹，白阳，刘微，等.NaOH活化法制备高比表面积稻壳活性炭[J].材料导报，2010，24（16）：466-468.

[6]邢宝林，谌伦建，张传祥，等.NaOH活化法制备煤基活性炭的研究[J].煤炭转化，2010，33（1）：69-73.◇

Studies on Threatment of Liquid Organic Wastes from Organic Lab with Bagasse-based Activated Carbon Prepared by Base Method

GONG Weijie，ZHUO Xianqin，CHEN Chunhua
（School of Hainan Tropical Ocean University，Sanya，Hainan 572022，China）

This paper studies the technology of activated carbon from bagasse by base method，and discusses different concentrations of NaOH solution effect of activated carbon.The results show that bagasse activated carbon using 0.5 mol/L NaOH solution has the best performance on the treatment of liquid organic wastes and the suitable size of which is 100～120 mesh.

liquid organic wastes；bagasse；activated carbon；optimum concentratio

X703

A

10.16693/j.cnki.1671-9646（X）.2017.08.003

1671-9646（2017）08a-0009-03

2017-06-01

三亚市院地科技合作项目（2015YD37）。

公维洁（1982—），女，硕士，实验师，研究方向为材料化学。