活性炭吸附法处理聚四氢呋喃废水的动力学研究

第14卷第8期2014年3月1671—1815(2014)08—0292—03科学技术与工程ScienceTechnologyandEngineeringVo1．14No．8Mar．2014⑥2014Sci．Tech．Engrg．活性炭吸附法处理聚四氢呋喃废水的动力学研究纪晓娜田曦艾胜书左妍万立国边德军(长春工程学院吉林省城市污水处理重点实验室，长春130012)摘要研究了聚四氢呋喃废水中主要污染成分(糠醛、呋喃和四氢呋喃)被活性炭吸附的过程。分别从3种污染物的分子结构角度解释了去除效果的差别；并讨论了影响废水中有机物去除效果的主要因素。通过对试验数据的分析，确定了活性炭对三种主要污染成分的吸附为准二级动力学过程。以气相色谱法为检测手段，不同于传统的研究有机废水以COD为检测指标，有针对性地对高含量污染组分进行研究，研究结果对于研究含有糠醛、呋喃和四氢呋喃的有机废水，以及含有与这3个污染物相似结构的污染成分的有机废水具有一定的参考价值。关键词吸附聚四氢呋喃废水气相色谱动力学中图法分类号X703．5；文献标志码A随着工业的发展，工业废水排放量逐年增加，对水体、土壤和大气的污染是非常严重的。近年来随着聚四氢呋喃材料的需求迅速增加，聚四氢呋喃产业在国内外发展迅猛⋯。本文研究了以玉米秸为原料生产糠醛j，并进一步合成聚四氢呋喃所产生的工业废水，其特点是有机物含量高。对于有机废水的处理，吸附法是耗能少、易操作的非常有效的方法，而活性炭是其中经常使用的吸附剂[4J。本课题组已经对聚四氢呋喃废水进行了活性炭吸附的试验研究，取得了较好的处理效果J。本文将在此基础上，采用气相色谱法j，针对该废水中的主要污染成分糠醛、呋喃和四氢呋喃进行活性炭吸附过程的动力学研究，并将从分子结构的角度讨论吸附历程，这对其他类似有机废水的处理将具有一定的参考价值。1材料和方法1．1仪器和试验材料Agilent6820气相色谱仪(FID检测器)和Agi-lentDB—FFAP聚乙二醇毛细管柱(30mx0．25rain×0．25Ixm)：美国安捷伦公司；粉末活性炭(粒径小于2013年1O月15日收到教育部新世纪优秀人才支持计划(NCET-08-0689)、吉林省科技计划项目(20122112)、吉林省教育厅项目(2012275)资助第一作者简介：纪晓娜(1977一)，女，汉族，讲师，硕士。研究方向：污水处理和色谱分析等。E-mail：xnjiwang@163．corn。通信作者简介：边德军(1967一)，男，满族，教授，研究方向：水处理技术等。8O目)；糠醛(分析纯，密度1．1598g·mL)，呋喃(化学纯，密度0．936g·mL)，四氢呋喃(化学纯，密度0．8892g·mL)。1．2分析方法氮气作为载气，流速为1．04mL·min～，辅助气(氮气)：23．92mL·min。。；氢火焰离子化检测器(FID)中的空气：260mL·min～，氢气：26．08rnL·min～。分流进样(分流比50：1)，气化室200℃；柱温：初始温度140℃(2min)，升温速率(40℃·min)，至180oC(3min)，总分析时间为6min；检测器200℃。1．3标准曲线分别取糠醛1．72mL、呋喃1．07mL和四氢呋喃1．32mL于1个100mL容量瓶中，加水稀释至刻度，得到母液的浓度分别为20．0mg·L～、10．0mg·L和20．0mg·L。。；再次稀释，得到0．100、0．200、0．400、0．600、1．00、1．40、2．00mg·L的标准溶液。气相色谱(GC)分析，得到标准曲线，相关数据见表1。表1GC分析糠醛、呋喃和四氢呋喃标准曲线的相关数据1．4聚四氢呋喃废水的吸附试验准确量取聚四氢呋喃废水50mL置于150mL烧杯中，投入活性炭3．00g，电磁搅拌(400r。8期纪晓娜，等：活性炭吸附法处理聚四氢呋喃废水的动力学研究min一)，室温(20℃)下进行吸附研究，按不同的时问点取惮分析。水样经0．45m滤膜过滤，供气相色谱分析用。吸附过程中，t时间点活性炭对某有机物的吸附量(g)，以及吸附平衡时的吸附量(q)，按式(1)和式(2)计算，废水中有机物的去除率按式(1)计算。去除率：二×100％(1)C0(2)qo：!(3)m式中：Co为有机物的初始质量浓度，c为有机物的吸附平衡质量浓度，Ct为t时刻所测得有机物的质量浓度；V为溶液的体积，m为活性炭的质量。1．5吸附动力学模型为了研究吸附过程，试验采用准一级动力学模型和准二级动力学模型[方程式分别为式(4)和式5)]拟合数据。q=q。(1一e)(4)(5)qt瓦)式中，k。和：分别为准一级和准二级动力学方程的反应速率常数。2结果与讨论活性炭吸附法处理聚四氢呋喃废水，根据活性炭对废水中糠醛、呋喃和四氢呋喃的吸附数据，分别以废水中