1、活性炭的制备及吸附甲基橙的研究摘 要：制备了玉米秸秆基活性炭，探讨了活性炭与超声技术对模拟甲基橙工业废水中甲基橙吸附效果，在实验条件下，考察了活性炭用量、体系温度、超声吸附时间、超声功率等因素对吸附效果的影响。结果表明：对于 50mg/L 的甲基橙溶液，体系温度为 50左右，活性炭加入量约为 200g（活性炭）/g（甲基橙） ，超声功率为 80W 下超声吸附 20min时吸附率较高。 关键词：活性炭；超声；甲基橙；吸附率 活性炭因其优异的吸附性能而在现代城市生活污水和工业废水，特别是其中的有机物治理中表现良好的优越性。超声波技术是一种利用自身特点即超声波的空化作用来实现水中污染物特别是有机污染
2、物的降解，是目前大力发展环境治理中水污染处理的重要手段之一，成为了近年来的应用研究热点13。本研究拟将活性炭吸附性能和超声波降解技术融合在一起，探讨其应用前景，用玉米秸秆为原料自制活性炭，并同时借助超声技术，研究探讨了自制活性炭在超声条件下超声功率、吸附剂用量、吸附时间、吸附温度、初始浓度等因素对自制模拟甲基橙废水中甲基橙的吸附及降解作用。 1 实验部分 1.1 实验原料与仪器 玉米秸秆（湖北荆州） ；氯化锌、磷酸、盐酸、甲基橙均为分析纯。电子分析天平，722N 型可见分光光度计，电热恒温干燥箱，数控超声波发生器（最大功率 160W） ，真空抽滤机。 1.2 活性炭的制备 将玉米秸秆置于 2m
3、ol/L 的磷酸溶液中煮沸 3h，再用浓度为 30%的氯化锌活化剂溶液中浸泡活化 10h，取出烘干至恒重。将处理后的玉米秸秆置于管式电阻炉中，在 N2 保护下升温至 450并保温 2h，在自然条件下降温至室温后取出置入盛有 10%（wt）盐酸的烧杯中浸泡，然后用蒸馏水反复洗涤至中性。最后将其置于 120恒温干燥箱内干燥 12h，经粉碎研磨，即得到玉米秸秆活性炭产品。 1.3 甲基橙的检测 通过分析甲基橙标准样品获知甲基橙最大吸收波长为 505nm。甲基橙含量通过可见分光光度计在该波长下测量自制甲基橙废水在处理前后吸光度，由朗伯比尔定律可得总体吸附率为：（A1-A2）/A1100%，其中：A1
4、为处理前自制废水吸光度值，A2 为处理后自制废水吸光值。 2 结果与讨论 研究中通过空白对照实验发现超声技术与活性炭对甲基橙的吸附有较强的协调效应，单独通过超声或活性炭对甲基橙的吸附要远远低于二者共同作用。研究还通过单因素实验，探讨了吸附剂用量、吸附时间、超声功率、吸附温度等因素在实验条件下对自制废水中甲基橙吸附的影响。 2.1 吸附剂用量对吸附效果的影响 取浓度为 50mg/L 的甲基橙溶液 50mL，恒温 30，超声功率及吸附时间分别为 100W 和 15min，活性炭用量对吸附效果影响如图 1 所示。可以看出，在活性炭用量为 0.5g 之前，活性炭用量越大，甲基橙的吸附率越高。当用量达到
5、 0.5g 甚至更多时，吸附率基本不再变化，吸附基本达到平衡。因此在实验条件下最佳自制活性炭的用量为 200g（活性炭）/g（甲基橙） ，过多加入不会增大吸附率且会造成一定程度的浪费。 2.2 超声时间对吸附效果的影响 取活性炭 0.45g 加入浓度为 50mg/L 的 50mL 甲基橙溶液中，恒温30，置于超声功率为 100W 超声发生器中进行吸附。超声吸附时间对吸附率的影响如图 2 所示。从图 2 知，当超声吸附时间达 20min 时，活性炭对废水中甲基橙吸附基本达到平衡，对比在没有超声作用下的吸附率发现，超声作用大大的提高的吸附的速率，同时因其空化作用促进了甲基橙的降解。实验条件下最佳吸
6、附时间为 20min。 2.3 超声功率对吸附效果的影响 分别取活性炭 0.45g 加入浓度为 50mg/L 的 50mL 甲基橙溶液中，恒温 30，在一定超声功率下超声吸附 20min，超声功率对吸附率的影响如图 3 所示。从图 3 可知，超声对于活性炭吸附能力有明显的增强作用。这是因为在体系中加入超声作用，加快了废水溶液中甲基橙分子的运动活性，提高了其接触活性炭的几率，使得甲基橙更容易被吸附；当超声功率进一步增大时，超声作用产生的羟基自由基的强氧化能力可能会使得被吸附的甲基橙分子发生降解，从一定程度上提高了活性炭的吸附能力；超声功率的进一步增大反而会使得吸附率减弱，这是因为过强的超声作用使
7、得吸附的甲基橙在空化作用下发生了脱吸。实验条件下最适合超声功率为 80W。 2.4 温度对吸附效果的影响 分别取活性炭 0.45g 加入浓度为 50mg/L 的 50mL 甲基橙溶液中，控制超声功率为 80W，吸附 20min，体系温度对甲基橙吸附率的影响如图 4所示。从图 4 可以看出，低于 50时，温度的升高能够促进超声条件下的吸附，这是因为在温度不太高的情况下，温度的升高加强了分子运动，使得甲基橙与活性炭接触概率增大；而温度进一步升高时，吸附率基本不变，吸附率基本趋于稳定，这是因为温度的升高将使得导致活性炭对甲基橙的脱吸速率大于吸附速率，与此同时，超声的空化作用的增强将会促进被吸附的甲基
8、橙分子降解，在一定程度上增大吸附速率，这样使得总体吸附于脱吸基本平衡。 3 结束语 研究表明，自制玉米秸秆活性炭对甲基橙具有较好的吸附能力，超声的空化作用对甲基橙的吸附有较大的促进作用，两者结合存在较强的协调效应。对于 50mg/L 的模拟甲基橙废水最佳工艺条件为：体系温度为50左右，活性炭加入量约为 200g（活性炭）/g（甲基橙） ，超声功率为80W 下超声吸附 20min。 参考文献 1闵恩泽，吴巍.绿色化学与化工M.北京：化学工业出版社，2000. 2郑文轩.超声与活性炭降解甲基橙溶液的研究J.安徽农业科学，2010，38（36）：20533. 3张建梅.负载纳米 TiO2 活性炭催化降解甲基橙的实验探究J.通化师范学院学报，2010，31（10）：2931.
