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硝基苯是一种应用广泛的难降解和高毒性的有机化合物。吸附技术在硝基苯环境污染事故处应急理中得到了广泛应用。蔗渣是一种具有吸附性能的固体废物,但吸附能力有限。本研究从蔗渣废弃物综合资源化利用和硝基苯吸附剂开发和利用的角度出发,以蔗渣为原料,通过碳化、碱性活化等改性方式强化蔗渣吸附性能,提高硝基苯吸附效果。获得以下主要结论:
(1)对蔗渣简单的预处理后进行吸附研究。在初始浓度为5、10、20mg/L的吸附平衡时间分别为6、12和24h,吸附行为为准二级动力学吸附。在温度为25、35和45℃下最大吸附量分别为2.69,2.83和3.03mg·g-1,吸附为Freundlich吸附,属于优惠吸附。投加超过10g/L可以满足我国《污水综合排放标准》(GB8978-1996)中硝基苯类污染物排放一级标准。
(2)将预处理后的蔗渣送入木炭厂炭化,对硝基苯进行吸附研究。在初始浓度为50、200和400mg/L的吸附平衡时间分别为40、50和90min,吸附行为为准二级动力学吸附。在温度为25℃、35℃和45℃下的吸附平衡时间为50、40和30min,符合准二级动力学吸附。在温度为25、35和45℃下最大吸附量分别为38.31、41.67和44.64mg·g-1,吸附过程即含有多分子层吸附又有部分的单分子层吸附,该吸附是易于发生的,是吸热过程。由于浓度太高,吸附后达不到排放标准。最佳的投加量为0.3g。
(3)用NaOH为活化剂,对蔗渣进行改性。最佳活化工艺条件为料液比1:5,温度450℃,时间120min,5%的NaOH。吸附试验表明,在温度为25、35和45℃下的吸附平衡时间分别为20、15和10min,吸附行为为准二级动力学吸附。在温度为25、35和45℃下最大吸附量为76.92、77.52和78.13mg·g-1,符合Langmuir吸附,主要依赖于吸附剂基面与芳香环之间的π-π色散力的吸附,同时还伴随着多分子层吸附的发生,且易于吸附。投加超过6g/L可以满足我国《污水综合排放标准》(GB8978-1996)中硝基苯类污染物排放一级标准。
(4)物化性质表征表明,经过改性蔗渣的比表面积提高,孔容积和孔径增大,其中用NaOH活化后的蔗渣比表面积,孔容积和孔径最大,硝基苯分子更容易进入材料的孔隙中。蔗渣、炭化蔗渣和蔗渣活性炭中含有-OH、C=C、C-O-C和C-O等基团,随着改性这些基团减弱,含氧官能团、无定形碳和焦油含量减少。不同材料(002)晶面间距变化不大,蔗渣活性炭(100)面的峰消失,孔道被拓宽。
综上,本研究经过炭化和碱性活化,蔗渣吸附剂提高了比表面积,增大了孔容积和孔径,缩短了吸附平衡时间,提高了吸附最初硝基苯浓度和最大吸附量,为蔗渣的资源化和硝基苯的有效处理提供了一条新的途径。