化工活性炭吸附印染废水中结晶紫的研究

SHANDONG 毕 业 论 文活性炭吸附印染废水中结晶紫的研究学 院 ： 化学工程学院 专 业 ： 化学 学 生 姓 名 ： 刘希帅 学 号： 0911081025 指 导 教 师 ： 迟守娟 2013 年 6 月摘 要-I-摘 要染料废水的脱色一直是一个难题，方法虽然很多但都具有一定的局限性。活性炭是一种优良的吸附剂，特别适用于染料废水的脱色。研究染料废水的活性炭吸附对减少环境污染，节约成本，促进活性炭处理染料废水的发展具有实际意义。本文以结晶紫水溶液模拟印染废水，并采用活性炭作为吸附剂对结晶紫溶液进行吸附。研究活性炭在不同条件下对结晶紫的吸附性的影响，活性炭对印染废水中染色剂的除去效果。在此主要探究初始浓度、吸附时间、溶液 pH、吸附温度对吸附效果的影响。探究表明，随着时间的增加，活性炭对结晶紫的吸附逐渐达到平衡，吸附率逐渐趋于平缓。当 pH 逐渐增大时，活性炭吸附率逐渐增大直至 pH 为弱碱性最大。随温度的升高，吸附率的变化不大。关键词：活性炭吸附，印染废水，结晶紫Abstract-II-AbstractDecolorization of dye wastewater has always been a difficult problem, although many but has some limitations. Activated carbon is an excellent adsorbent, especially suitable for the decolorization of dye wastewater. Study of activated carbon adsorption dye wastewater to reduce environmental pollution, save cost, promote the development of activated carbon treatment of dye wastewater has practical significance.Based on the crystal violet solution simulated printing and dyeing wastewater, and using activated carbon as adsorbent for adsorption of crystal violet solution. Research on activated carbon under different conditions on the influence of the adsorption of crystal violet, activated carbon for stain removal effect in printing and dyeing wastewater. Here mainly to explore the initial concentration, adsorption time, solution pH, adsorption temperature on the adsorption effect. Exploration indicates that with the increase of time, activated carbon adsorption of crystal violet gradually achieve balance, adsorption rate gradually leveling off. When the pH increase gradually, activated carbon adsorption rate increased gradually until the pH for weak alkali is the largest. Along with the temperature increases, changes in the rate of adsorption is not big.Key words: Activated carbon adsorption, printing and dyeing wastewater, crystal violet目 录-III-目 录摘 要 .IABSTRACT.II目 录 .III第一章 引 言 .11.1 选题背景 .11.2 活性炭 .11.2.1 活性炭概述 .11.2.2 活性炭吸附特性 .21.3 印染废水现状 .31.3.1 印染废水来源 .31.3.2 印染废水的水质 .31.4 活性炭吸附理论 .41.5 结晶紫 .5第二章 实验 .72.1 实验原料和药品 .72.2 实验仪器 .102.3 实验内容 .102.3.1 活性炭的研磨 .102.3.2 标准曲线的测定与绘制 .112.3.3 溶液浓度对活性炭吸附的影响 .122.3.4 吸附时间对活性炭吸附的影响 .12目 录-IV-2.3.5 PH 对活性炭吸附的影响 .132.3.6 温度对活性炭吸附的影响 .132.3.7 吸附等温线 .13第三章 结果与讨论 .153.1 溶液初始浓度对活性炭吸附效果的影响 .153.2 吸附时间对活性炭吸附的影响 .173.3 PH 对活性炭吸附的影响 .183.4 温度对活性炭吸附的影响 .203.5 活性炭吸附的不足 .213.6 活性炭吸附印染废水的前景 .21结 论 .22参考文献 .23致 谢 .24第一章 引 言-1-第一章 引 言1.1 选题背景纺织工业是我国重要的经济部门之一。纺织工业会产生各种废水，其中以印染废水污染较为严重，纺织工业用水量多，而且废水量约为用水量约为用水量的 80 1。纺织工业的发展也带动了染料生产的发展。世界上共有 100 000多种不同的染料和颜料。调查表明，全世界每年生产的染料超过 7105吨 2。生产的染料的 2直接以废水的形式排出，10在随后的纺织染色的过程中损失 3。印染废水是含有一定量有毒物质的有机废水，含有残余染料、染料助剂、酸、碱以及一些重金属。印染废水具有高化学需氧量（COD）和高色度，其脱色问题也较难解决。活性炭具有发达的的孔隙结构，巨大的比表面积，是常规水处理中常用的吸附剂，已经应用于工业和国民经济的各个行业，以及环境保护和人类生活的各个方面。结晶紫作为三苯甲烷类阳离子型染料，除广泛应用于纺织、印染和油墨工业领域外，还可以对纸张、玩具和一些塑料制品染色 4。三苯甲烷类染料是继偶氮染料、蒽醌染料之后使用量第三大染料，在生产使用过程中产生的大量废水颜色比较深，因其化学官能团具有高毒、高残留以及“三致”作用 5，造成严重的污染。活性炭吸附是较为合理的方法。实验中以结晶紫水溶液模拟印染废水，以活性炭作为吸附剂，探究活性炭吸附的理想条件。1.2 活性炭1.2.1 活性炭概述活性炭是黑色粉末或颗粒状的无定型碳。活性炭的外观呈黑色，内部孔隙发达，比表面积大，吸附能力强的一类微晶质碳素材料。活性炭在结构上由微晶碳的不规则排列，在交叉连接间有细孔，在活化时会产生碳组织缺陷，因此活性炭内部有大量肉眼看不见的微孔，这使活性炭的堆积密度低、比表面积大。一般根据细孔半径的大小可以将活性炭分为 3 种：大微孔（大孔）为第一章 引 言-2-1001000nm；过渡孔（中孔）为 10100nm；小微孔(细孔)10nm。活性炭大微孔的容积为 0.20.5mL/g，表面积只有 0.52.0/g，过渡孔的容积为0.020.1mL/g，表面积一般不超过总表面积的 5%，小微孔的容积为0.150.9mL/g，表面积占活性炭总表面积的 95%6-7。活性炭的主要成分除了碳以外还含有氧、氢等元素。以碳原子为骨架形成平面层形六角结构，这些构成了石墨状微晶。微晶相交联形成特别的结构，由此带来了优良的吸附性能。由于原料来源、制造方法、外观形状和应用场合不同，活性炭的种类很多，到目前为止大约有上千个品种。按原料来源可分为：木质活性炭、兽骨、血炭、矿物质原料活性炭、其它原料的活性炭、再生活性炭；按制造方法分：化学法活性炭（化学炭） 、物理法活性炭（物理炭） 、化学-物理法或物理-化学法活性炭；按外观形状分：粉状活性炭、颗粒活性炭、不定型颗料活性炭、圆柱形活性炭、球形活性炭、其它形状的活性炭；按材质分：椰壳活性炭、果壳活性炭（包括杏壳活性炭、果核壳活性炭、核桃壳活性炭） 、木质活性炭（以木屑、木炭等制成的活性炭） 、煤质活性炭（以褐煤、泥煤、烟煤、无烟煤等制成的活性炭） 、石油类活性炭（以沥青等为原料制成的沥青基球状活性炭） 、再生炭（以用过的废炭为原料，进行再活化处理的再生活性炭） 。1.2.2 活性炭吸附特性活性炭的吸附性能主要与其独特的物理性质有关。活性炭孔壁的总表面积一般高达 5001700/g，与其他吸附材料相比，具有小微孔(半径为0.02nm)特别发达的特征，这也是活性炭吸附能力强、吸附容量大的主要原因。其中小微孔决定了活性炭的总比表面积；过渡孔(半径为 0.021nm)起着重要的通道作用；大微孔(半径为 1100nm)则是该吸附材料微观体系的入口 8。活性炭的强大吸附能力除了与其巨大的表面积外还与活性炭表面的丰富的官能团有关，一般可分为含氧官能团和含氮官能团，这些官能团赋予了活性炭独特的化学性能，能与多种物质进行结合。其中含氧官能团主要有酚羟基、羧基、羰基、内酯基、嘧啶等；含氮官能团有酰胺、酰亚胺、乳胺基、类毗咯基第一章 引 言-3-等 9。1.3印染废水现状1.3.1印染废水来源印染加工的四个工序都要排出废水，预处理阶段（包括烧毛、退浆、煮炼、漂白、丝光等工序）要排出退浆废水、煮炼废水、漂白废水和丝光废水，染色工序排出染色废水，印花工序排出印花废水和皂液废水，整理工序则排出整理废水。印染废水是以上各类废水的混合废水，或除漂白废水以外的综合废水。1.3.2印染废水的水质印染废水的水质随采用的纤维种类和加工工艺的不同而异，污染物组分差异很大。一般印染废水 pH 值为 610，COD 为 4001 000mg/L，BOD 为100400mg/L，SS 为 100200mg/L，色度为 100400 倍。但当印染工艺及采用的纤维种类和加工工艺变化后，废水水质将有较大变化。如，当废水中含有涤纶仿真丝印染工序中产生的碱减量废水时，废水的 COD 将增大到 2 0003 000mg/L 以上，BOD 增大到 800mg/L 以上，pH 值达 11. 512，并且废水水质随涤纶仿真丝印染碱减量废水的加入量增大而恶化。当加入的碱减量废水中COD 的量超过废水中 COD 的量 20%时，生化处理将很难适应。印染各工序的排水情况一般是：（1）退浆废水：水量较小，但污染物浓度高，其中含有各种浆料、浆料分解物、纤维屑、淀粉碱和各种助剂。废水呈碱性，pH 值为 12 左右。（2）煮炼废水：水量大，污染物浓度高，其中含有纤维素、果酸、蜡质、油脂、碱、表面活性剂、含氮化合物等，废水呈强碱性，水温高，呈褐色。（3）漂白废水：水量大，但污染较轻，其中含有残余的漂白剂、少量醋酸、草酸、硫代硫酸钠等。（4）丝光废水：含碱量高，Na OH 含量在 3%5%，多数印染厂通过蒸发第一章 引 言-4-浓缩回收 NaOH，所以丝光废水一般很少排出，经过工艺多次重复使用但最终排出的废水仍呈强碱性，BOD、COD、SS 均较高。（5）染色废水：水量较大，水质随所用染料的不同而不同，其中含浆料、染料、助剂、表面活性剂等，一般呈强碱性，色度很高，COD 较 BOD 高得多，可生化性较差。（6）印花废水：水量较大，除印花过程的废水外，还包括印花后的皂洗、水洗废水，污染物浓度较高，其中含有浆料、染料、助剂等，BOD、COD 均较高。（7）整理废水：水量较小，其中含有纤维屑、树脂、油剂、浆料等。（8）碱减量废水：是涤纶仿真丝碱减量工序产生的，主要含涤纶水解物对苯二甲酸、乙二醇等，其中对苯二甲酸含量高达 75%。碱减量废水不仅 pH 值高（一般12） ，而且有机物浓度高，碱减量工序排放的废水中 COD 可高达 90 000mg/L，高分子有机物及部分染料很难被生物降解，此种废水属高浓度难降解有机废水。1.4活性炭吸附理论活性炭吸附以物理吸附为主，这种方法是将活性炭的粉末或颗粒与废水混合，或让废水通过其颗粒状物的表面，使废水中的污染物质被吸附在多活性炭孔的表面上或被过滤除去。目前，主要采用活性炭吸附法多半用于三级处理，该法对去除水中溶解性有机物非常有效，但它不能去除水中的胶体和疏水性染料，并且它只对阳离子染料、直接染料、酸性染料、活性染料等水溶性染料具有较好的吸附性能。Saito T.等人的研究表明，活性炭的吸附率、BOD 去除率、COD 去除率分别达 93%、92%和 63%，活性炭吸附能力可达到 500mgCOD/g 炭 10。活性炭吸附法能经济、有效地去除印染废水中的有机染料，经处理后的水能达到回用标准。活性炭能够吸附水中众多种类的金属离子以及有机物，但是一定条件下对第一章 引 言-5-特定的有机物的吸附量却很