水蜜桃核活性炭的制备及吸附性能研究

来源:用户上传      作者:张煜　曾令文　魏雷

　　摘要：以水蜜桃核为原料、氯化锌为活化剂制备活性炭。通过实验确定了活性炭制备最优条件，将最优条件下制备的活性炭进行了表征，并用其处理水蜜桃酒清洗废水。结果表明，制备最佳条件为：活化温度500 ℃，活化时间2 h，活化剂浓度40 %，桃核粒径50～60目。该条件下制备出的活性炭亚甲基蓝吸附值为183.33 mg/g，比表面积为1 226.55 m?/g，孔容为0.642 cm3/g，废水COD去除率达94.33 %。
　　关键词：水蜜桃核;活性炭;制备;废水处理
　　中图分类号：X703 文献标识码：A 文章编号：2095-672X（2020）06-0-02
　　DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2020.06.070
　　Study on the preparation and adsorption properties of peach pit activated carbon
　　Zhang Yu1， Zeng Lingwen2，Wei lei2
　　（1.School of Environmental & Safety Engineering，Changzhou University，Changzhou Jiangsu 213164，China;
　　2.Urban and Rural Mine Research Institute， Changzhou University ，Changzhou Jiangsu 213164，China）
　　Abstract：The activated carbon was prepared by using peach pit as raw material and zinc chloride as activator.The optimal conditions for the preparation of activated carbon were determined through experiments.The activated carbon prepared under the optimal conditions was used to treat the peach wine washing wastewater.The results show that the optimal conditions for peach pit activated carbon preparation are：the activation temperature is 500 ℃，the activation time is 2 h，the activator concentration is 40 %， the peach pit size is 50～60 mesh.Under these conditions，the adsorption value of methylene blue is 183.33 mg/g and the BET surface area is 1 226.55 m?/g，the pore volume is 0.642 cm3/g.The COD removal rate of the wastewater could reach 94.33 %.
　　Key words：Peach pit;Activated carbon;Preparation;Wastewater treatment
　　我國水蜜桃资源丰富，且随着种植面积及产量的扩大，水蜜桃深加工技术也不断发展，水蜜桃酒便是其中一项。但在酿造过程中，会产生大量的桃核，约占鲜桃重量的10%，它们通常被当作废物丢弃，这其实极大地浪费了资源。桃核木质素含量高、硬度大，具有天然的微孔结构[1]，是生产活性炭的良好原料，目前以花生壳、杏核壳、椰壳等为原料制备活性炭的研究较多，而以水蜜桃核为原料的研究较少。酿酒过程中还会产生大量的废水，废水主要有两类，一类是清洗水蜜桃、破碎机、压榨机、发酵罐等产生的清洗废水，其中含有一定量桃毛、桃渣、糖类、有机酸等物质，化学需氧量（COD）较低，通常在5 000 mg/L左右，通过活性炭吸附即可有效降低。另一类则是浓度较高的发酵废水，除了桃渣、糖类等物质以外，还有酵母、酒石酸、果胶等，COD在10 000 mg/L以上，需要深度处理。因此，用桃核制备活性炭，并将其用于酿酒废水的处理，可实现资源再利用，达到以废治废的目的。
　　活性炭的制备方法以物理活化法和化学活化法为主，化学活化法制备的活性炭性能优良、质量稳定，备受人们关注，其中氯化锌活化法是应用最为广泛的方法之一。本文以水蜜桃核为原料、氯化锌为活化剂制备活性炭，考察活化温度、活化时间、活化剂浓度、桃核粒径[2]对活性炭亚甲基蓝吸附值的影响，确定桃核活性炭制备最佳条件，对最优条件下制备的桃核活性炭进行性能分析，并用其处理水蜜桃酒清洗废水，为桃核活性炭的制备及其在酿酒废水处理方面的应用提供帮助。
　　1 实验部分
　　1.1 材料、试剂与仪器
　　水蜜桃核及清洁废水：酿造水蜜桃酒产生（常州中澳果酒研发中心提供）。氯化锌，（上海精化科技研究所）。盐酸、硫酸、重铬酸钾、亚甲基蓝，（国药集团化学试剂有限公司）。以上试剂均为分析纯。商用活性炭，（滑县环宇炭业有限公司）。
　　Nicolet IS5傅立叶红外光谱仪，（赛默飞世尔科技公司）;ASAP2460物理吸附仪，（美国麦克仪器公司）;箱式电阻炉，（上海索域实验设备有限公司）;多功能粉碎机，（永康市金穗机械制造厂）;COD·氨氮双参数测定仪，（北京连华永兴科技发展有限公司），等。
　　1.2 水蜜桃核活性炭的制备
　　将去除表面残余果肉及桃仁的桃核洗净、干燥、破碎，过筛，称取15 g，用氯化锌溶液浸渍12h，过滤烘干后置于电阻炉中活化。冷却后用0.1 mol/L热盐酸溶液清洗，再用热蒸馏水洗至中性，烘干后得到桃核活性炭。 　　1.3 测定方法
　　亚甲基蓝（MB）吸附值的测定：根据GB/T 12496.10—1999《木质活性炭实验方法 亚甲基蓝吸附值的测定》进行测定。活性炭表面官能团的测定采用Nicolet IS5傅立叶红外光谱仪测定。孔结构与比表面积的测定采用ASAP2460物理吸附仪测定。废水COD的测定根据HJ/T 399—2007《水质 化学需氧量的测定快速消解分光光度法》，测定吸附前后废水COD，计算COD去除率。
　　2 结果与分析
　　2.1 桃核活性炭的制备
　　通过单因素实验，选取活化温度（A）、活化时间（B）、活化剂浓度（C）、桃核粒径（D）为考察因素，MB吸附值为指标，进行L9（34）正交实验，每组重复三次并取平均值。结果与分析见表1。由表1可知，影响桃核活性炭MB吸附值的最大因素是A（活化温度），其次是B（活化时间），D（粒径）的影响最小，最优组合是A2B2C1D1，即最佳活化温度500 ℃，活化温度2 h，活化剂浓度40 %，粒径50～60目。经验证实验，在最佳条件下制备的桃核活性炭MB吸附值为183.33mg/L。
　　2.2 活性炭的表征
　　2.2.1 傅里叶红外光谱分析
　　活性炭表面官能团会对活性炭的吸附性能产生影响。将最优条件下制备的桃核活性炭进行傅里叶红外光谱测定，结果表明，活性炭在3 423.53 cm-1处有吸收峰，可归属于O—H键的伸缩振动，在2 919.05处的吸收峰归属于饱和C—H键的伸缩振动[3]，1 577.68 cm-1附近的吸收峰对应于C=C键的伸缩振动，1 400 cm-1附近的吸收峰对应于O—H键的弯曲振动，754.56 cm-1处的吸收峰表明存在C—H弯曲振动。由此可知，活化得的桃核活性炭可能含有醇类、酚类、碳碳双键、醚类官能团[4]。
　　2.2.2 孔结构与比表面积分析
　　活性炭的孔结构是影响活性炭吸附性能的重要原因之一。将桃核活性炭進行N2吸附—脱附实验，结果表明桃核活性炭主要由微孔及中孔构成，桃核活性炭比表面积为1 226.55 m?/g，总孔容为0.642 cm?/g，比活化前提高31.5%。
　　2.3 桃核活性炭吸附处理废水
　　在常温下，将最优条件下制备的桃核活性炭与3款商用活性炭分别投入500mL废水中，投加量为4 g/L、吸附60 min，结果如表2所示。
　　由表2可知，三款商用活性炭中，商用果壳活性炭吸附废水效果最好，而桃核活性炭对废水的吸附效果更佳，处理后的废水COD为248.64 mg/L，去除率达94.33 %，满足国家污水排放标准，说明用桃核制备活性炭并用于水蜜桃酒废水处理是可行的，这为后续深度处理水蜜桃酒高浓度发酵废水提供了依据和参考。
　　3 结论
　　以水蜜桃核为原料，氯化锌为活化剂制备活性炭，最佳制备条件为：活化温度500 ℃，活化时间2 h，活化剂浓度40 %，粒径50～60目。最佳条件下制得的活性炭亚甲基蓝吸附值为183.33 mg/L，总孔容为0.642 cm?/g，比表面积为1 226.55 m?/g，含有醇类、酚类、碳碳双键、醚类官能团，能有效降低水蜜桃酒清洗废水COD。
　　参考文献
　　[1]高鹰，朱永春，田红，等.Cu（Ⅱ）在天然桃核粉上吸附行为的循环伏安法研究[J].沈阳师范大学学报：自然科学版，2012（04）：542-545.
　　[2]Garg D， Kumar S， Sharma K， et al. Application of waste peanut shells to form activated carbon and its utilization for the removal of Acid Yellow 36 from wastewater[J]. Groundwater for Sustainable Development， 2019：512-519.
　　[3]Olubunmi Grace Abatan， Babalola Aisosa Oni， et al. Production of activated carbon from African star apple seed husks， oil seed and whole seed for wastewater treatment[J]. Journal of Cleaner Production， 2019，232：441-450.
　　[4]Kumar A， Jena H M. High surface area microporous activated carbons prepared from Fox nut （Euryale ferox） shell by zinc chloride activation[J]. Applied Surface Science，2015，356：753-761.
　　收稿日期：2020-04-29
　　作者简介：张煜（1995-），女，汉族，硕士研究生，研究方向为废弃物综合利用与处理。
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