活性碳纤维对模拟废水中氨氮的吸附性能研究

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　　摘   要：本研究以过氧化氢、氨水联合改性后的活性碳纤维作为模拟氨氮废水的吸附剂，分别测定模拟废水中氨氮的含量，研究改性活性碳纤维的投加量、反应时间、溶液初始浓度等条件对氨氮去除率的影响，确定改性活性碳纤维吸附氨氮的最佳处理条件，为实际污水处理运行装置提供理论依据。
　　关键词：活性碳纤维  改性  氨氮  吸附
　　中图分类号：TQ424                                文献标识码：A                         文章编号：1674-098X（2019）11（a）-0090-02
　　活性碳纤维（ACF）是在20世纪中后期所兴起的一种新颖的高性能碳质吸附剂。它是以黏胶纤维、酚醛纤维、聚丙烯纤维、沥青纤维等为基底，经炭化和活化处理过程制得[1]。由于活性碳纤维吸附性能优良，常被应用于污水处理、医疗卫生、饮用水净化、气体净化、纺织等领域[2]。本研究在查阅相关资料后采用过氧化氢和氨水对活性碳纤维进行联合改性，以提升其吸附能力，研究改性后的活性碳纤维（以下简称ACF-1）在其投加量、氨氮初始浓度等条件变化情况下，ACF-1对模拟废水中氨态氮的吸附性能，供今后设置更优良的实际净水装置中所选取吸附材料时提供基础数据，对合理利用ACF的良好特性来进行科学的研究、改善水质、防止或处理水污染、保护水资源提供技术支撑。
　　1  材料与方法
　　本实验选取的ACF购自合肥四顺净化过滤材料有限公司，厚度为3mm，产品规格为TW-05-320，批号是RP-20170525-03。选用过氧化氢和氨水联合对ACF进行表面活化处理。首先在浓度低于30%的H2O2溶液中，用50～100kHz的超声波处理40min;然后，再在浓度为25%～28%的氨水中，用同样频率的超声波处理同样时间，洗净后在100℃恒温下烘干至恒重，制得的ACF-1比表面积为1200m2/g，最后将ACF-1裁剪至2cm×0.5cm左右的小细块状置于干燥器中备用。
　　通过不同ACF-1投加量、吸附时间、不同溶液初始浓度，表征ACF-1对模拟废水中氨态氮的吸附性能。
　　2  结果分析
　　2.1 投加量对ACF-1吸附效果的影响
　　吸附时间为12h，离心管中氨氮模拟水样加入体积均为50mL。
　　由表1可以看出在吸附时间、氨氮初始浓度均相同的情况下，ACF-1的投加量越多其对氨氮的去除率越高，在ACF-1投加量最大（2.5g）时氨氮去除率为8.977%。同时，ACF-1投加量越大，单位质量ACF-1吸附氨氮的量越小。
　　2.2 吸附时间对ACF-1吸附效果的影响
　　综合考虑ACF-1投加量对氨氮的吸附效果，选择ACF-1投加量为1.5g进行吸附时间对ACF-1吸附效果影响分析。在离心管中加入50mL氨氮模拟水样，在25℃、转速180r/min的条件下震荡吸附时间分别为30min、60min、120min、240min、480min，对应的氨氮去除率分别为9.812%、9.290%、6.681%、8.246%、7.203%。结果表明在ACF-1投加量、氨氮初始浓度均相同的情况下，ACF-1对氨氮的去除率在吸附时间最短（0.5h）时最好，达到了9.812%，且单位吸附量也最大，达到了327.070ug/g。
　　2.3 初始浓度对ACF-1吸附效果的影響
　　ACF-1投加量为1.5g，吸附时间为12h，离心管中氨氮模拟水样加入体积均为50mL。
　　由表2可以看出在ACF-1投加量和吸附时间均相同的情况下，氨氮初始浓度越低，ACF-1对氨氮的去除率越高，在氨氮初始浓度最低（60μg/mL）时，达到10.618%。
　　3  结语
　　利用活性碳纤维来处理净化污水相较于其他吸附材料而言，有较好的治理效果，此次试验结论如下：（1）在一定的投加范围内，ACF-1的投加量越多对氨氮的去除率越高;（2）在一定的吸附时间范围内，吸附时间越短ACF-1对氨氮的去除率越高，当吸附达到饱和后，时间变化对吸附量影响较小;（3）在一定的初始浓度范围内，ACF-1对氨氮的去除率均是随着初始浓度的降低而增高。
　　参考文献
　　[1] 姜军清，黄卫红，陆晓华.活性炭纤维及其应用研究进展[J].工业水处理，2001（6）：4-6.
　　[2] 贾金平.活性炭纤维在环境与能源领域的新应用[M].上海：上海交通大学出版社，2015.
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