改性玉米芯对初期雨水的处理研究

李红翠 曲艳萍 胡永花 范培迪

摘 要：玉米芯作为一种新兴生物炭材料，具有较高的吸附活性。实验选取该材料作为吸附剂，对初期雨水中的氨氮和COD进行吸附研究，经酸、碱、盐改性后，其吸附效果大大增强。实验结果表明，用NaOH溶液改性玉米芯后吸附效果更好，进一步对PH值、温度、时间、加投量四个影响实验效果的因素进行探究，找到最佳反应条件。

关键词：改性玉米芯；初期雨水；氨氮；COD

1 改性玉米芯处理初期雨水实验原理

玉米芯的表面结构多为片层状结构，炭化后呈较紧密的多孔蜂窝状结构，比表面积增大，吸附效果明显提升[1]。利用其多孔性结构，可吸附雨水的氨氮与COD。其中，对氨氮的吸附属于化学吸附，对COD的吸附多以物理吸附为主。玉米芯洗净、烘干、碳化之后，可以进行酸、碱、盐改性处理[2～5]，本文中探究改性处理之后，玉米芯处理雨水能力的提升。

2 预实验

在预实验中，探究反应时间、加投量、pH、反應温度对未改性玉米芯吸附性能的影响。

取若干250mL锥形瓶，移取水样25.00mL，加入未改性玉米芯0.500g，控制单一变量进行实验。探究吸附氨氮时，反应结束后依次加入1.00mL酒石酸钾钠溶液与1.50mL纳氏试剂[6～8]，混匀静置10min后，于420nm处测吸光度[9]，计算去除率。探究吸附COD时，实验结束后依次加入10.00mL H2SO4（3mol/L）与10.00mL KMnO4溶液（0.006mol/L），加热煮沸10min后，加入10.00mL Na2C2O4溶液（0.05mol/L），用KMnO4溶液滴定，计算去除率。

反应时间、加投量、PH值、温度对氨氮和COD的吸附效果如图1至图4所示。

3 正交实验

3.1 处理初期雨水中的氨氮

在实际的水污染处理过程中，各个因素联合发挥作用，参考与实验得到的最佳实验条件，设置正交因素水平如表1：

3.2 处理初期雨水中的COD

分析与实验的结论，可知在处理COD时，最佳反应时间为40min，最佳投加量为0.050g，最佳pH值为11.00，最佳温度为35℃。设置正交实验，找到组合时最佳的反应条件。其正交因素水平如表2：

4 实验结果与讨论

4.1 处理初期雨水氨氮的研究

分析表3数据，酸改性中，改性玉米芯投加量为关键因素，碱改性中，反应时间为关键因素，盐改性中，溶液pH为关键因素。对比三种改性玉米芯实验数据可知，改性玉米芯对氨氮的处理效果普遍高于未改性玉米芯。因为通过改性，玉米芯的表面由原先的片层状结构转变为更加紧密的蜂窝状结构，孔隙增大，比表面积相应变大，因此去除率上升。改性玉米芯对氨氮的处理中，碱改性较好。因为碱改性过程中，玉米芯表面发生了碱性解离，使得其带负电，而水中的氨氮因得到质子而带正电，增强了吸附剂与吸附质之间的黏附作用，从而提高了玉米芯对氨氮的去除效果[10]。

4.2 处理初期雨水COD的研究

分析表4数据，酸改性和碱改性中玉米芯投加量为关键因素，盐改性中溶液pH值为关键因素。对比三种改性玉米芯实验数据可知，改性玉米芯对COD的处理效果普遍高于未改性玉米芯，碱改性吸附效果最好，原因与吸附氨氮的实验相同。其中，投加量与反应温度是吸附效果好坏的关键，而反应时间对吸附效果的影响不大。因为在吸附过程中，温度升高，玉米芯表面受热膨胀，空隙增大，比表面积增加，对COD的吸附效果提升。

5 小结

玉米芯作为一种新兴生物炭材料，具体较高的吸附活性，实验选取该材料作为吸附剂，并对其进行酸、碱、盐改性，增大其吸附活性。通过正交实验研究改性玉米芯对氨氮与COD的处理效果。总结如下：

1）通过对雨水氨氮与COD的处理结果可以得出，改性玉米芯的处理效果普遍高于未改性玉米芯。

2）通过不同浓度梯度的正交实验对比，酸、碱、盐的改性中，用0.25mol/L的碱改性对雨水氨氮以及COD的去除都有良好效果。

3）在关键与重要因素的分析中，未改性时，反应温度占据很大比例。而在改性后，反应时间与玉米芯投加量为重要因素，达到了改性的预期目的。

参考文献

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作者简介

李红翠（1989-），女，汉族，山东泰安人，齐鲁理工学院 化学与生物工程学院，硕士，讲师，研究方向：污水处理。