前言
隨著染料與印染工業(yè)的發(fā)展,其生產(chǎn)廢水已成為當(dāng)前最重要的水體污染源之一。這類(lèi)廢水具有顏色深,COD、BOD值較高,組成復(fù)雜多變,排放量大,分布面廣,難降解等特點(diǎn),若不經(jīng)處理,直接排放將給生態(tài)環(huán)境帶來(lái)嚴(yán)重危害。染料廢水處理主要有化學(xué)法、生化法及物理化學(xué)法[1]。活性炭是多孔性物質(zhì)，且具有很大的比表面積，使目前最有效的吸附劑之一。能有效地去除廢水的色度、COD.[2]對(duì)于一些難以生化降解、成分復(fù)雜的染料廢水，如偶氮染料廢水等，可以以活性炭吸附的方法進(jìn)行脫色處理。[3]
1. 活性炭吸附法
活性炭吸附法是一種應(yīng)用較早的方法.該法對(duì)去除水中溶解性有機(jī)物非常有效.但它再生比較困難,處理成本較高,因此應(yīng)用面窄.一般可用于濃度較低的染料廢水處理或深度處理.[4]
1.1 活性炭對(duì)不同染料的吸附
對(duì)于印染工業(yè)，活性炭能有效去除廢水中的活性染料、酸性染料、堿性染料、偶氮染料。活性炭在吸附水溶性染料時(shí)吸附率高，但不能吸附懸浮固體和不溶性染料。[5]
現(xiàn)時(shí)國(guó)內(nèi)對(duì)多種染料進(jìn)行活性炭吸附，其中對(duì)紅色、黑色的染料研究較多，如酸性品紅、堿性品紅、活性艷紅、活性黑、耐曬黑等等，普遍的脫色率達(dá)90%以上[2]、[6]、[7]。
不同的染料吸附的平衡時(shí)間也不一樣，并在吸附動(dòng)力學(xué)上有不同的表現(xiàn)。活性炭使一些染料脫色能較快達(dá)到平衡，一些則需要較長(zhǎng)時(shí)間，平衡時(shí)間由3h到17h不等。[2]另外，各種染料的吸附等溫線一般都符合 Frendlich方程。[2]、[4]、[6]
1.2 pH值對(duì)活性炭吸附染料的影響
幾乎所有研究活性炭對(duì)染料吸附影響因素的文獻(xiàn)都對(duì)pH值對(duì)活性炭吸附染料的影響作了實(shí)驗(yàn)分析。pH對(duì)活性炭吸附染料的影響不能一概而論，其結(jié)果與染料廢水本身的組成與性質(zhì)有關(guān).例如，酸性染料的脫色率會(huì)隨pH增加而降低，堿性染料的脫色率則會(huì)隨pH增加而增加，而pH呈中性的染料的脫色率跟pH值的變化沒(méi)有太大的關(guān)系。但總體說(shuō)來(lái)，pH值對(duì)活性炭吸附染料無(wú)任何影響或影響不大。
如在研究活性炭對(duì)酸性品紅、堿性品紅、活性黑的吸附得出，染料廢水的 pH值在 2～11之間變化時(shí) , 酸性品紅、堿性品紅、活性黑B-113 的脫色率分別在91% ～95%、97. 5% ～100%、92. 5% ～97. 5%之間變化.從整體來(lái)看 , pH值的變化對(duì)廢水脫色率沒(méi)有太大的影響。[2]
1.3 其它因素對(duì)活性炭吸附染料的影響
除了染料種類(lèi)和pH值以外，還有其它一些會(huì)影響對(duì)活性炭吸附染料的因素，比如活性炭的的孔徑分布、形態(tài)、加入量、吸附時(shí)間、溫度等。
近年來(lái)，很多科學(xué)家通過(guò)對(duì)活性炭吸附過(guò)程的進(jìn)一步深入了解，在吸附機(jī)理和活性炭預(yù)處理技術(shù)方面都取得了很大的進(jìn)展。G.M.Walker 等研究了3種酸性染料在活性炭上的吸附行為, 發(fā)現(xiàn)只有 14%的比表面積發(fā)揮了吸附作用,一方面原因是由于存在多分子層的吸附,另一方面原因是活性炭中很多微孔孔徑太小,不能吸附染料大分子,同時(shí),Tamai Hisashi等也證實(shí)了中孔較多的活性炭易吸附染料分子,主要原因是中孔不僅對(duì)吸附有貢獻(xiàn),同時(shí)也為吸附質(zhì)的擴(kuò)散提供了寬敞的通道.[4]這說(shuō)明活性炭孔徑小，雖然會(huì)有較大的比表面積，但是如果孔徑過(guò)小，對(duì)于吸附大分子染料是不利的。
同時(shí)，不同的活性炭存在的形態(tài)對(duì)于吸附作用也是有影響的。活性炭多見(jiàn)有粉末狀、顆粒狀的，現(xiàn)在也有使用活性炭纖維作為吸附材料。[8]
總體說(shuō)來(lái)，活性炭越多，吸附效果越好；對(duì)于不同的染料有不同的最佳加入量，掌握最佳的加入量，[2]一來(lái)可以達(dá)到好的吸附效果，二來(lái)節(jié)省原料。
實(shí)踐證明，在一定范圍內(nèi)，溫度越高，吸附效率越高[2]，這與染料顆粒熱運(yùn)動(dòng)頻繁，碰撞幾率上升有關(guān)。
2. 活性炭吸附處理染料廢水的耦合方法
雖然活性炭是目前最有效的吸附劑之一，能有效去除色度和COD,但是大多數(shù)是和其它工藝耦合的。活性炭吸附多用于深度處理或?qū)⒒钚蕴孔鳛檩d體和催化劑，單獨(dú)使用活性炭處理較高濃度的染料廢水的研究很少。
2.1 以活性炭纖維作為載體的染料廢水處理法
對(duì)酸性染料和直接染料廢水，選用不銹鋼加活性炭作為催化電極，利用其導(dǎo)電、吸附、催化等綜合性能及染料分子的自由基被氧化、絮凝的原理處理染料廢水。電解時(shí)，陽(yáng)極的不銹鋼逐漸溶解，同時(shí)廢水中的染料分子的自由基被氧化、聚合、絮凝，這樣發(fā)色基團(tuán)就會(huì)被打破，有機(jī)物也得到降解。[8]
活性炭纖維作為一種新型的催化電極材料，兼有導(dǎo)電、吸附和催化的綜合性能，用其對(duì)染料廢水進(jìn)行電解處理，可以起到非常好的脫色效果，它的應(yīng)用對(duì)于染料廢水的預(yù)處理具有重要的意義。
2.2 微波強(qiáng)化內(nèi)電解染料
近年來(lái)，發(fā)展了一種微波強(qiáng)化內(nèi)電解處理染料廢水的新方法 ,用活性炭與鑄鐵采用一定比例混合，用活性炭的吸附作用、炭與鑄鐵以及鑄鐵本身的內(nèi)電解作用處理印染廢水;然后利用微波再生炭鐵混合物。這樣不僅吸附飽和的活性炭被微波再生 ,吸附作用恢復(fù)并稍有提高;同時(shí)微波起到了強(qiáng)化炭鐵混合物的內(nèi)電解作用的效果。采用這種新方法對(duì)染料模擬廢水進(jìn)行處理 ,結(jié)果令人滿意。[7]
2.3 顆粒活性炭負(fù)載TiO2薄膜
目前,國(guó)內(nèi)外非均相光催化氧化處理污水的研究工作多采用無(wú)毒、難溶、可重復(fù)使用的銳鈦礦型的TiO2作為催化劑,以紫外激發(fā)TiO2,產(chǎn)生OH·自由基,使有機(jī)物氧化。該理論研究取得了豐碩成果。但是,該技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中仍然存在著問(wèn)題,其中需要解決的主要問(wèn)題之一是TiO2催化劑的固定。有研究以杏殼顆粒活性炭作為催化劑的載體,以鈦酸四丁酯為前驅(qū)物,采用溶膠—凝膠法對(duì)TiO2光催化劑進(jìn)行了固定,并對(duì)含染料溶液進(jìn)行了光催化降解研究利用溶膠—凝膠技術(shù)制備以顆粒活性炭為載體的TiO2膜處理染料污水,脫色率較高,平均可達(dá)92%。[9]
2.4 載錳活性炭對(duì)甲基紫染料微波降解
有研究制備出一系列負(fù)載錳氧化物的顆粒活性炭,通過(guò)研究并發(fā)現(xiàn):在活性炭存在下,微波輻射可使甲基紫染料廢水迅速脫色。甲基紫的微波降解動(dòng)力學(xué)可近似看作一級(jí)反應(yīng)。微波輻射時(shí)間、甲基紫溶液初始濃度、溶液pH值、活性炭量和微波輻射功率等因素對(duì)甲基紫的微波降解均有影響。相對(duì)于普通活性炭,適當(dāng)負(fù)載錳氧化物后可以明顯提高甲基紫的降解率。[10]
活性炭與其它材料、方法復(fù)合處理染料廢水的例子不勝枚舉，并在不斷的發(fā)展當(dāng)中，通過(guò)研究，已經(jīng)得到不少令人可喜的結(jié)果。
3. 活性炭吸附法處理染料廢水的發(fā)展前景
染料廢水的脫色是急待解決的難題 ,因此研究活性炭吸附對(duì)染料廢水脫色的研究具有現(xiàn)實(shí)意義. 但活性炭再生比較難、成本較高是限制活性炭吸附法的一大原因，因此，提高活性炭再生技術(shù)，循環(huán)利用活性炭降低成本是今后研究的重點(diǎn)。同時(shí)，鑒于活性炭處理的特殊性質(zhì)，將其與其他化學(xué)劑及與其它方法耦合，處理染料廢水效果就會(huì)更好，因此，現(xiàn)時(shí)大多數(shù)有關(guān)活性炭吸附法處理染料廢水的報(bào)道不斷推陳出新，有著良好的發(fā)展前景。
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