活性炭國家專精特新“小巨人”企業(yè)活性炭產(chǎn)學研合作

　　活性炭吸附豆腐工業(yè)廢液中的氨氮

　　豆腐行業(yè)的廢液如果直接排放到水中。它會導致污染，其特征是難聞的氣味。如果這種情況持續(xù)下去，可能會破壞環(huán)境。活性炭是能夠在液相或氣相中作為吸附劑的材料。活性炭是吸附系統(tǒng)中較好的吸附劑。本次我們研究使用活性炭吸附豆腐行業(yè)的廢液。來測試豆腐工業(yè)廢液中活性炭吸附氨離子的能力。

　　處理氨氮用的活性炭

　　我們進行了兩種種不同的活化過程的活性炭，即用K2CO3活化劑活化和用HCl活化劑活化。K2CO3的活化是通過將固體K2CO3與原料(椰子殼木炭)混合而完成的，原料(椰殼)的質(zhì)量比為原料質(zhì)量：K2CO3質(zhì)量比=1：1.5。總共10克椰殼用15克K2CO3浸泡，該K2CO3已用蒸餾水溶解至100毫升。而用HCl活化是通過將HCl溶液與椰殼質(zhì)量∶HCl質(zhì)量比=1∶1.5混合來完成的。將總計10克的椰殼用15mL HCl溶液浸泡。此外，使混合物靜置1×24小時。活性炭活化過程完成后，用濾紙干燥活性炭，并繼續(xù)用70℃的烤箱將活性炭干燥2小時來獲得成品。

　　活性炭吸附氨氮的測試方法

　　用量測試：首先將豆腐廢液工業(yè)樣品溶液倒入燒杯中。然后，加入0.5克椰殼活性炭、1克、1.5克，在每個燒杯中加入2克。攪拌下將燒杯放置20分鐘。之后，將每種溶液總共10毫升放入試管中。加入0.4mL苯酚溶液，0.4mL硝普鈉，在每個試管中加入1mL氧化溶液。放置1小時以形成顏色。形成顏色后，使用濾紙將活性炭與樣品溶液分離。將溶液倒入比色杯中，并使用分光光度計進行分析。讀取并記錄其在640nm波長處的吸收。質(zhì)量變化的吸附情況用K2CO3活性炭和HCl活性炭進行兩次。

　　吸附時間測試：將豆腐廢液行業(yè)樣品溶液制備到四個燒杯中。在每杯中加入多達0.5克的椰殼活性炭。攪拌下靜置5分鐘，10分鐘，15分鐘，20分鐘。之后，用移液管吸取10mL溶液，然后將其放入試管中。加入0.4mL苯酚溶液，0.4mL硝普鈉，1mL氧化溶液。放置1小時以產(chǎn)生顏色。形成顏色后，使用濾紙將活性炭與樣品溶液分離。倒入比色杯，使用分光光度計對其進行分析，讀取并記錄其在640nm波長處的吸收。時間變化的吸附用K2CO3活性炭和HCl活性炭進行兩次。

　　制作校準曲線

　　校準曲線是表示溶液濃度與其吸光度之間關(guān)系的圖形。它以直線的形式出現(xiàn)并產(chǎn)生一個方程。在640nm波長下用紫外可見分光光度計測量樣品獲得的吸光度。在繪制校準曲線時，需要空白溶液(除氨氣樣品外，含有所有試劑的溶液)和氨氣標準溶液。本研究中收集的校準曲線如圖1所示。

　　圖1：氨標準溶液的校準曲線。

　　活性炭吸附豆腐工業(yè)廢水中的氨氮

　　根據(jù)活性炭觀察結(jié)果，發(fā)現(xiàn)沒有被HCl和K2CO3活化的活性炭顏色不同。兩種木炭的顏色均為深黑色。活化過程完成后，活性炭準備好用于吸附豆腐廢物。每種活性炭吸附過程的測量值都隨時間的變化而變化。這種變化的目的是用苯酚法測定氨的濃度，即在室溫下一小時內(nèi)形成藍色的吲哚酚化合物。苯酚法(或稱苯酚法)是基于巴瑟洛特反應，其中氨在堿性條件下與苯酚和次氯酸鹽反應。氨在pH9.7–11.5下轉(zhuǎn)化為一氯胺，在鹽酸存在下與苯酚反應生成藍色的吲哚酚。硝普鈉用于催化吲哚酚反應和藍色強度。添加檸檬酸鹽緩沖液以穩(wěn)定pH值并防止氫氧化物沉積。此外，為了解豆腐渣中氨氮的濃度，采用滴定法測定了吸收前的氨氮濃度來做對比。

　　活性炭用量情況：所用活性炭的質(zhì)量變化為0.5克、1克、1.5克，豆腐樣品的質(zhì)量變化為2克，多達50毫升。活性炭的質(zhì)量也隨兩種活化劑HCl和K2CO3的變化而變化。用鹽酸活化的活性炭吸附豆腐渣，用紫外-可見分光光度計測定其吸光度值。根據(jù)吸收率數(shù)據(jù)，可以計算出豆腐渣中殘留的氨氮濃度和氨氮濃度的去除率。發(fā)現(xiàn)活性炭用量越多，豆腐渣中氨氮濃度的去除率越大。這意味著豆腐渣中被活性炭吸收的氨越多，活性炭的質(zhì)量就越大。

　　處理時間的變化：樣品與吸附劑的接觸時間對吸附過程有很大影響。樣品與吸附劑接觸時間越長，吸附劑吸收的氨氣越多。樣品濃度在20分鐘內(nèi)出現(xiàn)峰值下降。這是由于樣品與吸附劑的接觸時間越長，吸附劑原來的空孔就會被填滿，因此隨著接觸時間的增加，孔的吸收就越大。氨去除率隨接觸時間的增加而增加。在最長的接觸時間分鐘下，活性炭對氨氣的吸附能力最高，因此氨氣封閉活性炭孔隙的可能性增大。圖2顯示了接觸時間與樣品中氨濃度的關(guān)系。

　　圖2：接觸時間與樣品中氨氣濃度的關(guān)系。

　　豆腐工業(yè)中的廢水處理，我們發(fā)現(xiàn)鹽酸活化后的活性炭吸附能力相當好。HCl是一種活化劑，可以產(chǎn)生具有高吸附力的活性炭。因此，使用HCl作為活化劑會吸收大量氨。另一方面，用K2CO3活化后的活性炭的吸收能力也表明降低豆腐工業(yè)廢液中氨濃度的良好能力。使用K2CO3活化劑可以產(chǎn)生更多的孔，因此可以吸收豆腐工業(yè)廢液中所含的氨。此外，使用的活性炭的質(zhì)量越大，豆腐廢液中氨的濃度下降的趨勢就越大。這表明活性炭吸收了更多的氨。接觸時間越長，豆腐廢液中氨濃度的降低越多。這意味著更多的氨被活性炭吸收。

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