活性炭材料应用于废水中染料的吸附性能研究

(深圳市利赛实业发展有限公司，广东深圳，518000)

染料被广泛应用于纺织、造纸、塑料和皮革等多个行业[1-3]，但由此产生的染料废水一般是直接排放，而染料不易被生物降解导致在植物、动物身体中不断累积，而且伴随着工业产品的多样性日益增加，染料废水的成分变得越来越复杂，对其处理成为极其困难的任务，因此，染料废水处理日益引起全世界的关注[4,5]。目前有膜分离、吸附、絮凝、光催分解、电解和生物处理等方法应用于废水中染料的净化[6-9]，吸附法具有操作简单、成本低、灵活等优点成为目前的主要处理技术。碳材料是自然界分布最广泛的材料，具有易制备、成本低、比表面积大、表面官能团丰富等优点，已被人们广泛地用于气体吸附分离和水中重金属离子的吸附研究。

本文直接应用商业活性炭(C)材料吸附废水中的染料，考察吸附时间、染料浓度对吸附性能的影响，并通过使用XRD、FT-IR、SEM表征技术对材料进行表征，探讨物化性质和吸附性能之间的关系。

1 实验部分

1.1 材料制备

使用甘果红配置不同浓度的染料溶液，将商业活性炭(C)溶于去离子水中进行煮沸处理3h，煮沸过程中不断进行搅拌，然后进行离心分离，多次洗涤，60℃下干燥，然后将干燥后的活性炭使用双氧水(H2O2)进行改性，多次洗涤至pH值中性。

1.2 吸附实验

配置100ppm、200ppm、300ppm、400ppm、500ppm、600ppm两种不同浓度的染料溶液，取50mL溶液加入锥形瓶中，然后添加50mg活性炭，置于恒温水浴振荡器中分别进行振荡30min、60min、90min、120min、150min，使用离心机在6000r/h进行离心分离，过滤，移取上清液，采用分光光度计进行废水中染料测量。

在以上基础上，采用不同浓度的染料溶液，添加50mg吸附180min，研究起始浓度对吸附性能的影响。

2 结果与讨论

2.1 FT-IR 表征

图1展示了活性炭的IR图谱，由图1我们可以看出，经过H2O2处理后的活性炭表面具有丰富的官能团，在3425cm-1处是O-H键的伸缩振动，在1800cm-1处是-COOH的振动，在492cm-1处是H2O分子的振动。从IR数据可以看出，活性炭经双氧水改性后具有丰富的官能团结构。

图1 活性炭FT-IR图谱

2.2 不同吸附时间的吸附性能图

由图2分析可知，废水染料的起始浓度是600 ppm，在前60min之内溶液浓度快速下降，然后浓度变化趋势较小或不变，染料溶液在120min以后浓度随时间基本上无变化，说明在120min之内达到了活性炭材料的吸附平衡，分析原因，开始炭材料表面活性位点比较多，随着吸附的进行，表面活性位点减少从而导致吸附速度减慢，该结果表明改性的活性炭材料依靠表面的活性位点快速吸附溶液中的染料成分。

图2 不同时间吸附性能图

2.3 不同起始染料浓度的吸附性能图

由图3可知，吸附在原始浓度500ppm以后趋向平衡，随着初始浓度的增加无变化，最大吸附量是62.5mg/g，分析原因是染料是大分子，而活性炭是微孔和介孔，染料难以进入吸附剂的内部导致无法进一步的吸附。

图3 吸附量随着原始浓度变化性能图

3 结论

活性炭具有大的比表面积和丰富的孔道结构及丰富的官能团结构，在高浓度的废水染料溶液中具有很好的吸附分离作用，最大吸附量达到62.5mg/g，而且能够慢慢地沉降下来，不会造成二次污染，具有很强的环保意义。