玉米芯介孔炭对兰州段黄河水的吸附研究

于娇娇，甘黎明，展桂莹，温欣欣

(兰州石化职业技术学院，甘肃 兰州 730060)

资源与环境

玉米芯介孔炭对兰州段黄河水的吸附研究

于娇娇，甘黎明，展桂莹，温欣欣

(兰州石化职业技术学院，甘肃 兰州 730060)

以玉米芯为原料，采用磷酸活化法可制备含有较高中孔比例的活性炭。本文研究了该介孔炭对兰州段黄河水的吸附性能，考察了吸附剂用量、时间对黄河水中氨氮和COD吸附率的影响。

介孔碳；吸附；氨氮；COD

黄河是兰州社会经济发展的重要水源。黄河兰州段从兰州市永靖县进入兰州市后，先后流经西固区、七里河区、安宁区和城关城区，最后从榆中县青城乡流出，全程长约152km。黄河与兰州人民的生活息息相关，近年来兰州段黄河水的污染问题也格外引人关注。根据黄河流域水资源保护局发布的《黄河流域省界水体及重点河段水资源质量状况通报》[1]，目前兰州段黄河水中氨氮和化学需氧量项目已经超过《地表水环境质量标准》中Ⅲ类水的标准。多孔炭材料是一种能有效去除有机和无机污染物的吸附材料[2]。介孔炭具有较大的比表面积和孔容、较好化学惰性和机械强度[3]，应用于水处理时，具有吸附速率快以及吸附容量高等优点，对于水中的污染物是一种高效吸附剂[4-6]。

1 实验部分

1.1 试剂与仪器

介孔炭(自制)；兰州段黄河水；重铬酸钾；试亚铁灵指示液；硫酸亚铁铵；硫酸；浓硫酸银；硫酸汞；纳氏试剂；无氨水等。

氨氮测定仪(5B-6D 型)；电子分析天平(FA160N型)；水浴恒温振荡器(SHA-C型)；台式离心机(TDL-40型 )；真空过滤泵(QP-1型)；真空干燥箱(DZF-O型)；粉粹机(SL-200A型)；酸式滴定管等。

1.2 介孔炭的制备

玉米芯用粉粹机粉粹，过筛，取粒径为 0.15～0.25mm 的玉米芯颗粒用质量分数为70%的浓度磷酸，以2.5：1的浸渍比在100℃下浸渍6 h后放入石英槽并置于加热炉中．调节氮气流量为 40cm3/min，以10/ min 的升温速度加热到550℃，恒温活化1h。活化结束后停止加热，继续通氮气直至炉内温度降至100℃以下。将产品取出后用煮沸的去离子水反复冲洗过滤直至滤液为中性，然后将产品置于120℃下的真空干燥箱内干燥12h，可得到介孔活性炭[7]。

1.3 黄河水吸附试验

取200mL兰州段黄河水置于6个500mL烧杯中，分别加入0.00,0.10,0.20,0.30,0.40,0.50g的介孔炭，放置在恒温摇床中振荡，控制温度为25℃，转速为120r/min。吸附一定时间后，将溶液用离心分离后吸取上清液，用0.45μm的微孔滤膜过滤，分析溶液中的氨氮和COD，计算介孔炭对氨氮和还原性物质和吸附率和残余量。

Re=(C0-C)/C0×100%

式中，Re为吸附率，%；C0和C分别为吸附前与吸附后溶液中氨氮的质量浓度(或吸附前与吸附后溶液中还原性物质的化学需氧量)。

1.4 氨氮含量分析

1.5 COD分析

水样在强酸性条件下，加入已知准确过量的重铬酸钾标准溶液，加热回流，使水中还原性物质氧化，然后以试亚铁灵为指示剂，用硫酸亚铁铵标准溶液返滴定剩余的重铬酸钾。根据重铬酸钾的加入量和返滴定时硫酸亚铁铵标准溶液用量可以算出水样的中还原性物质的化学需氧量。

2 结果与讨论

2.1 介孔炭的表征

利用 77K下N2吸附等温线对制备的活性炭的表面性质进行表征。利用BET方程计算出样品的比表面积为1610m2/g，根据SLD方法计算出样品的孔容为1.72cm3/g，中孔体积为1.14cm3/g，中空率达到66%[8]。

2.2 吸附剂加入量对氨氮吸附效果的影响[9-10]

兰州段黄河水原样中氨氮的含量为3.404mg/L，在温度为25℃，振摇速率为120r/min，吸附震荡时间为30min的条件下，考查介孔炭加入量对氨氮吸附效果的影响，分析结果如图1所示。实验发现，随着介孔活性炭用量的增加，介孔炭对氨氮的吸附量逐渐增大，当吸附剂用量增加到1.5 g/L 时，氨氮吸附率接近50%，继续增加介孔炭用量，氨氮吸附效果增加不明显。故介孔炭吸附黄河水中的氨氮最适宜投加量为1.5 g/L。

图1 介孔炭加入量对氨氮吸附效果的影响

2.3 吸附剂加入量对COD的影响

兰州段黄河水的COD为194.07mg/L，在温度为25℃，振摇速率为120r/min，吸附震荡时间为30min的条件下，考查介孔炭加入量对还原性物质吸附效果的影响，分析结果如图2所示。由图2可知，随着介孔炭用量增加，吸附后溶液的的化学需氧量逐渐减小，当介孔炭用量增加到2.0 g/L后，COD值降低67%，继续增加介孔炭投入量，溶液的COD变化不大。故介孔炭吸附黄河水中的还原性物质的最适宜投加量为2.0 g/L。

图2 介孔炭加入量对COD的影响

2.4 振荡时间对吸附效果的影响[9-10]

在250mL 锥形瓶中，加入100mL兰州段黄河水和1.0g介孔炭，在25℃，振摇速率为120r/min的条件下，分别振荡10,20,30,40,50min和60min，测定介孔炭对氨氮和还原性物质的吸附率。结果如图3所示。从图3可以看出，前30min，随着振荡时间增加，介孔炭对氨氮和还原性物质吸附率迅速上升。30min后，随着时间的增加，吸附趋于平衡。因此，介孔炭对兰州段黄河水的最佳时间为30min。

图3 时间对吸附效果的影响

3 结论

(1)用质量分数为70%的浓度磷酸，浸渍比2.5，在100℃下浸渍6 h后，在氮气中加热到550℃，活化1h可制得含有较高中孔比例的高比表面活性炭，中孔比例达到 66%。

(2)吸附实验表明：介孔炭吸附兰州段黄河水中氨氮的最佳用量为1.5g/L；而吸附还原性物质的最佳投入量为2.0g/L；最佳吸附时间为30min。

(3)当介孔炭投加量2.0g/L的介孔炭，25℃ 下 恒 温 振 荡，振 摇 速 率 为120r/min，振荡30min后，兰州段黄河水中的氨氮含量降低50%，还原性物质含量降低67%，吸附效果明显。

[1] 黄河流域水资源保护局.黄河流域省界水体及重点河段水资源质量状况通报2010 [R/OL]. http://www.docin.com/p-592366616.html.

[2] Veksha A, Sasaoka E, Uddin M A. The influence of porosity and surface oxygen groups of peat-based activated carbons on benzene adsorption from dry and humid air[J].Carbon, 2009, 47(10): 2371-2378.

[3] 杨 丽,王佳君,王 霞,等. 有序介孔炭的制备、改性及其应用研究进展[J].现代化工, 2015, 35(11): 59-60.

[4] 黄一君,何玉凤,王 丽,等.多孔炭材料的制备及在废水处理中的应用研究进展[J].工业水处理, 2015, 35(1): 1-4.

[5] Peng Xiaoming, Hu Xijun, Fu Dafang, et al. Adsorption removal of acid black 1 from aqueous solution using ordered mesoporous car-bon[J].Applied Surface Science, 2014,294: 71-80．

[6] He Jianguo, Ma Kun, Jin Jun, et al. Preparation and characterization of octyl-modified ordered mesoporous carbon CMK-3 for phenol ad-sorption[J].Microporous and Mesoporous Materials, 2009, 121(1 /2 /3): 173-177．

[7] 刘 佳. 玉米芯中孔炭的制备及其应用研究[D]. 天津: 天津大学理学院, 2008.

[8] 周亚平，吴 頔,刘 佳，等.玉米芯活性炭的制备及储气性能[J].天津大学学报. 2013, 46(10): 939-943.

[9] 尚秀丽, 杨风林, 夏德强,等. 改性壳聚糖对废水中镍离子的吸附研究[J].化工新型材料, 2016, 44(7): 199-201.

[10] 冷宝林, 夏德强, 吕维华,等. 壳聚糖改性凹凸棒处理废水中苯酚的实验研究[J].非金属矿, 2015, 38(1): 79-81.

(本文文献格式：于娇娇，甘黎明，展桂莹，等.玉米芯介孔炭对兰州段黄河水的吸附研究[J].山东化工，2017，46(20)：156-157.)

StudyonAdsorptionPerformaneofCorncobMesoporousActivatedCarbonintheLanzhouSectionoftheYellowRiver

YuJiaojiao,GanLiming,ZhanGuiying,WenXinxin

( Lanzhou Petrochemical College of Vocational Technical, Lanzhou, Gansu 730060 )

Corncob was used as raw material to prepare activated carbon with a high content of mesopores using phosphoric acid activation. The dsorption propertions of this mesoporous activated carbon for ammonia nitrogen and COD in the Lanzhou Section of the Yellow River. The effects of amount of mesoporous activated carbon, time on the adsorption rate were investigated.

mesoporous activated carbon; adsorption; ammonia nitrogen;COD

2017-10-02

于娇娇(1987—)，女，山东日照人，讲师，主要从事工业分析专业基础研究和教育教学改革研究。

A

1008-021X(2017)20-0156-02