磁性活性炭的制备及去除河涌水中COD的研究.pdf

1 5 0 有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．c n 2 0 2 1 年第3 期 d o i 1 0 ．3 9 6 9 ，j ．i s s n ．1 0 0 7 - 7 5 4 5 ．2 0 2 1 ．0 3 ．0 2 3 磁性活性炭的制备及去除河涌水中C O D 的研究 张红英，刘进，徐少华，张军，林恬盛，王在华 广东省科学院资源综合利用研究所，稀有金属分离与综合利用国家重点实验室， 广东省矿产资源开发和综合利用重点实验室，广州5 1 0 6 5 0 摘要采用改性磁种磁性活性炭复合吸附材料结合磁分离法处理河涌水，考察了絮凝剂种类及用 量、改性磁种投加量、作用时间、磁场强度等对河涌水中C O D 的去除效果。结果表明，采用改性磁 种磁性活性炭吸附并结合高梯度磁分离处理河涌水C O D 效果明显，在聚合氯化铝 P A C 用量 1 0g ／L 、改性磁种用量3 0g ／L 、改性磁种作用时间2 0m i n 、分离磁场强度8o o ok A ／m 的条件下，原水含 C O D9 0 ．1 8m g ／L ，出水含C O D 可降至6 ．5 9m g ／L ，除C O D 率达9 2 ．6 9 ％，达到地表水环境质量标准 G B3 8 3 8 2 0 0 2 中的I 类水C O D 标准。 关键词改性磁种；活性炭；表面改性；河涌水；C o D 中圈分类号X 5 2文献标志码A文章编号1 0 0 7 7 5 4 5 2 0 2 1 0 3 一0 1 5 0 0 5 R e s e a r c ho nP r e p a r a t i o nO fM a g n e t i cA c t i V a t e dC a r b o na n dI t s ．A p p l i c a t i O ni nR e m O V a lo fC o D f r o mR i V e rW a t e r Z H A N GH o n g y i n g ，L I UJ i n ，X US h a o h u a ，Z H A N GJu n ，L l NT i a n s h e n g ，W A N GZ a i h u a 1 n s t i t u t eo fR e s o u r c e sC o m p r e h e n s i v eU t i l i z a t i o n ， G u a n g d o n gA c a d e m yo fS c i e m c e s ， S t a t eK e yL a b o r a t o r i e so f R a r eM e t a I sS e p a r a t i o na n dC o m p r e h e n s i v eU t i l i z a t i o n ，G u a n g d o n gK e yL a b o r a t o r yo fD e v e l o p m e n t C o m p r e h e n s i v eU t i I i z a t i o no fM i n e r a lR e s o u r c e s ，G u a n g z h o u5 1 0 6 5 0 ，C h i n a A b s t 瑚l c t №v e rw a t e rw a st r e a t e db ym o d i f i e dm a g n e t i cs e e dm a g n e t i c - a c t i v a t e dc a r b o nc o m p o s i t ea d s o r p t i o n r m t e r i a lc o m b i n e dw i t hm a g n e t i cs e p a r a t i o nm e t h o d ．I n f l u e n c e so ff l o c c u l a n tt y p ea n dd o s a g e ，m o d i f i e dm a g n e t i c s e e dd o s a g e ，a c t i o nt i m ea n dm a g n e t i cf i e l di n t e n s i t yo nr e m o v a lr a t eo fC O Dw e r ed i s c u s s e d ．T h er e s u l t ss h o w t h a tw i t hm o d i f i e dm a g n e t i cs e e d ， h i g hg r a d i e n tm a g n e t i cs e p a r a t i o ni se f f e c t i v et ot r e a t X I i nr i v e ri n f l o w w 谊t e r ．U n d e rt h eo o n d i t i o n so fP A Cd o s a g eo f1 0g ／L ，m o d i f i e dm a g n e t i cs e e dd o s a g eo f3 0g ／L ，m o d i f i e d m a g n e t i cs e e da c t i o nt i m eo f2 0m i na n ds e p a r a t i o nm a g n e t i cf i e l ds t r e n g t ho f80 0 0k A ，m ，C O Dc o n t e n ti ne f n u e n t d r o p sf r o m9 0 ．1 8m “Lo fr a ww a t e rt o6 ．5 9m g ／L ，a n d0 0 Dr e m o v a lr a t ei s9 2 ．6 9 ％，w h i c hm e e t st h ec l a s s1 w a t e rC O Ds t a n d a r di nt h ee n v i r o n m e n t a lq u a l i t ys t a n d a r df o rs u r f a c ew a t e r G B3 8 3 8 2 0 0 2 ． K e yw o r d s m o d i f i e dm a g n e t i c ； a c t i v a t e dc a r b o n ；s u r f a c em o d i f i e d ；r i v e rw a t e r ；C O D 河涌是广东对河流的称谓，在广州地区主要指 除珠江干流和流溪河以外的河道水系。随着近几十 年以来城市的迅速发展，城市河流出现了一系列环 境问题，城市河流呈现越来越严重的污染问题，主要 表现在水质恶化出现恶臭，各项水质指标不能达到 地表水环境质量标准 G B3 8 3 8 ～2 0 0 2 的要求， 收稿日期2 0 2 0 0 6 一0 4 基金项目广东省科学院发展专项资金项目 2 0 1 8 G D A S C x - 0 1 0 9 ；广东省科学院建设专项资金项目 2 0 2 0 G D A S Y l ，2 0 2 0 0 3 0 2 0 0 9 作者简介张红英 1 9 7 5 - 女，湖南人，高级工程师，硕士研究生；通信作者徐少华 1 9 8 6 一 ，男，苗族，湖南人，工程师，硕士研究生 万方数据 2 0 2 1 年第3 期有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．c n 1 5 1 甚至影响到河涌周边居民的生活。3 。 欧美等发达国家早在1 9 世纪就开始整治城市 河流，我国早先存在以经济发展为先的模式，使得我 国河涌环境污染问题未得到及时治理，因此日前河 涌水污染治理问题迫在眉睫。改性活性炭磁种同时 具有吸附特性和磁特性，对污水具有很好的处理效 果。因此，本研究采用改性磁种磁分离工艺处理 河涌水，考察了絮凝剂、改性磁种投加量、磁种作用时 间及磁场强度对去除河涌水中 D 的效果一”1 。 1试验 1 ．1 水样 试验所用水样取白广州市天河区污染的某河 涌，水质恶化，呈浅绿色，含C D8 ～1 2 0m g ／L ， p H 为6 左右。 1 ．2 试剂与仪器 试齐4 F e C l 。6 H2 、F e C l2 4 H2 、N a H 、硫 酸铝、聚合氯化铝 P A 、粉末活性炭、酒石酸钾钠 溶液、纳氏试剂、氨氮标准溶液、硫酸溶液、盐酸洗 液、硫酸锌溶液、硼酸溶液。以} 试剂均为分析纯， 试剂配制等均用无氨去离子水。 仪器与设备6 B2 0 0 0 型多参数水质测定仪； P H S 一3 C 型p H 计；5 0m I 。带塞比色管；比色J 1 1 L ；X 射线衍射分析仪 X R D ；显微镜。 1 ．3 试验方法 1 ．3 ．1 磁性活性炭的制备 1 分另0 称取2 7gF c C l 3 6 H 2 雨J2 0gF e C l 2 4 H 。O ，充分混合后溶解于烧杯巾，得到产品1 。 2 称取4 7g 活性炭，加入产品1 中，机械搅拌 4h 使之充分混合均匀，得到产品2 。 3 恒温水浴控制产品2 在8 0 ℃条件下，在机械 搅拌的同时加入N a H 溶液，控制p H 一1 0 ，继续恒 温条件下搅拌jh ，得到产品3 。 4 用蒸馏水对产品3 进行清洗至p H 一7 ，得到 改性磁种磁性活性炭；1 0 5 ℃烤箱中烘干备用。 1 ．3 ．2 去除 D 试验 取1 0 0m I 。河涌水置于烧杯中。投入一定量的絮 凝剂，搅拌2m i n ，再加入一定量的改性磁种，1 5 0r ／两n 搅拌3 0m i n ，用微型磁选机进行磁分离，对分离得 到的非磁性部分的水进行C D 分析。 2 结果与讨论 2 ．1 改性前后磁种的陛质分析 为研究改性磁种磁化之后的变化及其特征，对 改性前后的磁种进行镜下分析及X R D 分析。 2 ．1 ．1 显微镜观察 改性前后活性炭镜下分析结果见图1 ，从图1 可见，改性前可见清晰的活性炭材料，改性后的活性 炭之问充满了磁性四氧化i 铁，成为带磁性的可吸 附材料。 2 ．1 ．2X R D 分析 改性前后活性炭X R D 分析结果见图2 ，改性前 后的磁种只有少量二氧化硅杂质存在，改性之后的 衍射峰谱出现在2 0 3 0 ．2 0 。、3 5 ．5 6 。、4 2 ．9 2 。、 5 7 ．12 。、6 2 ．9 6 。处，此峰与F e ； ，的X R D 特征图谱 峰基本一致，说明改性之后的活性炭已负载F e 。O 。， 进一步说明改性之后的磁种成为了带磁性的可吸附 材料，改性磁种达到了要求。 图l 改性前 a 和改性后 b 活性炭的S E M 形貌 F i g ．1 S E Mm i c r o s t r u c t u r e so fa c t i v a t e dc a r b o nb e f o r em o d i f i c a t i o n a a n da f t e rm o d i f i c a t i o n b 万方数据 1 5 2 有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．c n 2 0 2 1 年第3 期 嘞M a g n e n t e O1 02 03 04 05 06 07 08 09 01 0 0 0l O2 03 0 4 0 5 0 6 0 7 0 8 09 01 0 0 2 钡。 2 坝。 图2改性前 a 和改性后 b 活性炭的x R D 谱 F i g ．2X R Dp a t t e m so fa c t i v a t e dc a r b 蚰b e f o 陀m o d i n c a t i 仰 a a n da f t e rm o d i n ∞t i 蚰 b 2 ．2 改性磁种去除C o D 试验研究 2 ．2 ．1 絮凝剂种类及用量 选取有代表性的无机絮凝剂硫酸铝和有机絮凝 剂P A C 进行对比试验。固定磁种用量3 0g ／L ，磁分 离磁场强度80 0 0k A ／m ，絮凝剂用量分别是6 、8 、 1 0 、1 2g ／L ，按1 ．3 ．2 步骤处理，分析处理之后水的 C O D 。试验结果见图3 。由图3 可知，随着絮凝剂 用量的增加，处理后水的C o D 下降，絮凝剂P A C 的 效果优于硫酸铝，并且P A C 用量以1 0g ／L 最合适， 此时，处理后水的C O D 降至6 ．7 5m g ／L 。 图3 絮凝剂种类及用量试验结果 F i g ．3 T 够tr 姻u l t so fn 仳c u I a n t t y p ea n dd 鸺a g e 2 ．2 ．2 改性磁种投加量试验 改性磁种是整个试验最重要的因素。固定 P A C 用量1 0g ／L 和磁分离磁场强度80 0 0k A ／m ， 改性磁种用量分别是2 0 、2 5 、3 0 、3 5g ／L ，按1 ．3 ．2 小 节步骤处理，分析处理之后水的C O D 值，结果如图 4 所示。由图4 可知，随着改性磁种用量的增加，处 理后，水中C O D 值下降，改性磁种用量达到2 5g ／L 时，处理后，水中C O D 值降至7 ．0m g ／L 以内，继续 增加磁种用量，处理后水中C O D 值下降不是很多， 因此，改性磁种用量以2 5 ～3 0 刮L 为宜。 图4 改性磁种投加量试验结果 F i g ．4 1 b tr 伪u l t so fd 们a g eo fm o d i n e d m a g n e t i cs e e d 2 ．2 ．3 改性磁种的作用时间试验 改性磁种作用时间，一定程度上体现了磁种的效 率。固定P A c 用量1 0g ／L ，改性磁种用量3 0g ／L ，磁 分离磁场强度80 0 0k A ／m ，作用时间分别为1 0 、2 0 、 3 0 、4 0m i n ，处理后水的C O D 值见图5 。由图5 可 知，随着改性磁种作用时间的增加，处理后水的 C O D 值下降，改性磁种作用时间达到2 0m i n 时， C O D 值降至6 ．9 5g ／L ，因此，合适改性磁种作用时 间为2 0m i n 左右。 2 ．2 ．4 磁场强度试验 活性炭具有比表面积大、孔丰富及稳定性好的 万方数据 2 0 2 1 年第3 期有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．c n 1 5 3 特点，活性炭吸附法因操作简便、效率高等优点成为 理想的水处理方法，但吸附之后的固液分离效率低。 改性磁种具有磁性，采用磁分离操作简便、效率高。 磁分离采用磁选管，为确定合适的磁场强度，进行了 磁场强度试验。固定P A C 用量1 0g ／L ，改性磁种用 量3 0g ／L ，改性磁种作用时间2 0m i n ，分别进行了 磁场强度为60 0 0 、80 0 0 、1 00 0 0 、1 20 0 0k A ／m 的试 验。由图6 可知，随着磁场强度的增加，处理后水的 C O D 下降，磁场强度达到8o o ok A ／m 时，C O D 降 至6 ．7 2g ／L 。因此适宜的磁场强度为8o o ok A ／m 。 图5改性磁种的作用时间试验结果 F i g ．5 A c t i 蚰t i m et 骼tr 骼u l t So f m o 小n e dm a g n e t i cs e e d 图6 磁场强度试验结果 F i g ．6M a g n e t i cn e s t 他n g t ht 骼t 代s u l t s 2 ．2 ．5 重复验证试验 在上述条件试验基础上，确定了改性磁种去除 C O D 的最佳工艺条件如下P A C 用量1 0 刮L 、改性 磁种用量3 0g ／L 、改性磁种作用时间2 01 1 1 i n 、分离磁 场强度80 0 0k ～m 。在此条件下进行重复验证试验， 试验结果见表1 。表1 表明，改性活性炭磁种去除河 涌水C O D 值的效果较明显，由给水的9 0 ．1 8m g ／L 降 至6 ．5 9m g ／L ，C O D 去除率达到9 2 ．6 9 ％。 表l改性磁种去除C o D 重复验证试验结果 T a b I e1 R e p e a tV a l i d a t i o nt e s t 他s u l t so fC O D m m O V a lb ym O m f i e dm a g n e t i cs ∞d 3结论 改性活性炭磁种去除河涌水的C O D 值的效果 较为明显。最佳工艺条件为P A C 用量1 0g ／L 、改 性磁种用量3 0 刮L 、改性磁种作用时间2 0m i n 、分 离磁场强度80 0 0k A ／m 。在此条件下，C O D 值由 给水的9 0 ．1 8m d L 降至6 ．5 9m g ／L ，去除率达到 9 2 ．6 9 ％，达到地表水环境质量标准 G B3 8 3 8 2 0 0 2 中I 类水标准。 参考文献 [ 1 ] 刘晓晶，李俊，朱海晨，等．活性炭吸附高盐废水C o D 的影响因素及应用[ J ] ．应用化工，2 0 2 0 ，4 9 3 1 5 ． L I U XJ ，L IJ ，Z H UHC ，e ta I ．T h ei n f I u e n c ef a c t o r s a n da p p “c a t i o no fa c t i v a t e dc a r b o na d s o r b i n gC O Di n h i g hs a I tw a s t e w a t e r [ J ] ．A p p l i e dc h e m i c a Il n d u s t r y ， 2 0 2 0 ，4 9 3 1 5 ． [ 2 ] 朱永太，李玉平，张志雨，等．活性炭在化学生产工艺中 的应用[ J ] ．工艺与设备，2 0 2 0 ，4 6 2 1 2 1 1 2 2 ． Z H UYT ，L IYP ，Z H A N GZY ，e ta 1 ．A p p l i c a t i o no f a c t i v a t e dc a r b o ni nc h e m i c a lp r o d u c t i o np r o c e s s [ J ] ． T e c h n o l o g ya n dE q u i p m e n t ，2 0 2 0 ，4 6 2 1 2 1 - 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u po ft h i o c ”n a t ef r o mg o l dm i n et a i l i n g sw a t e r [ J ] ． J o u m a lo fH a z a r d o u sM a t e r i a l s ，2 0 1 8 ，3 4 1 2 9 7 3 0 3 ． [ 3 9 ] 方丹．复合溶剂萃取回收硫氰酸红霉素废水中的硫氰 酸盐[ J ] ．化学工程，2 0 1 6 ，4 4 1 0 1 4 1 8 ． F A N GD ．E x t r a c t i o no ft h i o c y a n a t ef r o me r y t h r o m y c i n t h i o c y a n a t ew a s t e w a t e rw i t hc o m p o s i t es o l v e n t [ J ] ． C h e m i c a lE n g i n e e r i n g ，2 0 1 6 ，4 4 1 0 1 4 1 8 ． [ 4 0 ] 马春和，王宝业，乔福来．回收腈纶污水中硫氰酸钠新 工艺的工业应用[ J ] ．炼油与化工，2 0 0 2 ，1 3 4 1 3 1 4 ． M ACH ，W A N GBY ，Q l A 0FL ．I n d u s t r i a l a p p “c a t i o no ft h eN E Wr e c o v e r yp r o c e s so fs o d i u m s u l f o c y a n a t ei nt h ee f f l u e n td i s c h a r g e db ya c r y l i cf i b e r p r o d u c t i o n [ J ] ．R e “n i n ga n dC h e m i c a lI n d u s t r y ，2 0 0 2 ， 1 3 4 1 3 1 4 ． [ 4 1 ] 王光辉，张胜兰，张春桃，等．N a s c N 和N a 2s 2 0 。在水 乙醇混合溶剂中的溶解性能研究[ J ] ．武汉科技大学学 报，2 0 1 0 ，3 3 4 4 3 6 4 3 8 ． ⅥA N GGH ，Z H A N GSL ，Z H A N GCT ，e ta 1 ．S o l u b i I i t y o fN a s C Na n dN a 2S 20 3i nw a t e ra n dw a t e r - e t h a n 0 Ir I l i x e d s o l v e n t s [ J ] ．J o u m a Io fw u h a nU n i v e r s i t yo fs c i e n c ea n d k h n o l o g y ，2 0 1 0 ，3 3 4 4 3 6 4 3 8 ． [ 4 2 ] 梁达文．含硫氰酸根废液的无害化处理技术[ J ] ．化工 技术与开发，2 0 0 4 ，3 3 4 3 8 4 0 ． I 。I A N GDw ．I n n o c u o u st r e a t m e n to f l i q u i d w a s t e c o n t a i n i n gs u l f o c y a n i d e [ J ] ．T e c h n o l o g y D e v e l o p m e n t o fC h e m i c a l l n d u s t r y ，2 0 0 4 ，3 3 4 3 8 4 0 ． [ 4 3 ] 姚森文．贵州某金矿氰化废液中S C N 一去除试验研 究[ J ] ．云南冶金，2 0 1 5 ，4 4 2 1 2 1 1 2 4 ． Y A 0SW ．T h e t e s tr e s e a r c ho nS C N r e m o v a lf r o m c y a n i d ew a s t e w a t e ro fo n eg o l do r ei nG u i z h o u [ J ] ． Y u n n a nM e t a l l u r g y ，2 0 1 5 ，4 4 2 ；1 2 卜1 2 4 ． 万方数据