活性炭法范文

活性炭法范文（精选12篇）

活性炭法 第1篇

硒是人体中必不可少的微量元素之一, 对人体的生长具有重要作用。硒也是一种非金属元素, 人体内摄入过量的硒会导致致癌性, 严重危机人类身体健康。水中硒元素过量是导致人体摄入硒过量的主要原因, 地下水中硒超标现象非常常见, 因此做好水中硒的净化工作非常必要和重要。地下水中, 硒主要以无机硒酸根离子和亚硒酸根离子两种形式存在。一般情况下, 正常的地下水中不会存在过量的硒, 如果受到工业废水污染或受硒污染的原水中存在过量的亚硒酸根离子。也有特殊的情况, 就是地层原因使水体中含过量的硒。无论是硒的酸根离子还是硒化合物都是有毒物质, 而且亚硒酸盐要比硒酸盐的毒性作用更强。我国有关部门规定, 饮用水中的含硒量不得超过10ug/L, 这样的限量要求在常规的水净化处理中很难达到标准, 而使用化学方法进行水处理, 会导致化学试剂大量使用造成水体的二次污染, 增加成本的同时不容易控制和操作, 因此选择一种成本低、操作简单、不容易造成污染的物理方法非常重要。经过多次研究和分析, 活性炭吸附法具有较好的效果, 活性炭吸附法具有成本小、净化效率高、短时间内可吸附大量多种杂质等特点, 而且物理吸附法操作方便, 设备简单, 不会造成水体重复污染。最重要的是活性炭可以进行回收再利用, 其选择性好, 吸附量大, 性能稳定, 绿色环保, 在工业生产中能够广泛应用。

2 活性炭吸附法除硒的原理

活性炭吸附处理水体是一种物体方法, 活性炭可以重复利用, 效果好、绿色环保, 在工业生产和日常生活中都被广泛应用。活性炭之间存在空隙, 这些空起到主要吸附作用, 空隙的形成是炭在活化过程中, 无组织的碳素和炭成分被消耗完全消耗后在微晶间留下的空间。自然状态下的活性炭空隙面积较大, 空隙面积越大, 其活化吸附能力越强。一般状态下的活性炭空间空隙面积都超过100m2。活性炭的活化工艺很重要, 活化方法得当能够增加空隙的形成, 使空隙壁的总面积增加, 提高活性炭的吸附容量。活性炭作为一种物理吸附剂, 被吸附的杂质不仅是单一的附着在吸附剂的外表固定不动, 而是能够小幅度的自由运动, 这样可以增加吸附剂的吸附效率。活性炭的吸附是分子力作用产生的, 产生的吸附热较小, 不需要额外的活化能进行能量供应, 在低温下也可以进行, 这样就是活性炭的应用不受条件限制, 在工业生产过程中直接向净化池中注入水体和活性炭即可, 操作简单方便, 最大程度的减少成本。

3 活性炭吸附法除硒的流程

工业生产和生活应用中使用活性炭吸附法对水体除硒的主要流程分为三步, 分别是活性炭双过滤池处理、高纯度活性炭吸附处理、滤沙活性炭吸附处理。首先, 通过活性炭双过滤池进行地下水的初步处理, 是整个水净化处理的第一个环节, 主要出去水体中的大颗粒杂质, 一般是肉眼可见的大型杂物、悬浮物等, 对硒盐的吸附程度较低。其次, 初步处理过后就是高纯度活性炭吸附处理。使用纯度较高的活性炭, 吸附能力较强, 对水体中的色素、微生物及氧化分解产生的酚、苯、石油、杀虫剂等进行有效吸附, 能够出去水中1/4的硒。最后, 活性炭吸附的最后一个环节就是滤沙活性炭吸附, 除去水中肉眼不能看见的杂质及各种有害元素。最终环节的吸附主要是除去重金属离子及其盐物质, 这一环节能够有效除去3/4左右的硒, 加上前两步吸附处理, 能够除去地下水中99%左右的硒, 能够有效的达到国家饮用水标准。

4 提高活性炭除硒法的有效措施

活性炭吸附法除水中的硒是一种效率高、效果好、成本小、收益大的方法, 其吸附能力较强, 吸附容量大, 但是活性炭的吸附能力也受到一定条件限制, 影响水体的净化, 因此提高活性炭除硒的效率措施的提出对工业水体净化非常重要, 下面对其进行简单分析。

4.1 适当调节活性炭投入量

活性炭的投入量与水体除硒的效果存在较大关系, 一般情况下, 活性炭加入量越多, 吸附效果越好。但是, 考虑到工业上大量水体净化的成本控制问题, 大量的投入活性炭显然是不可取的, 那么适当增加活性炭的投入量, 既能有效的控制成本, 又能提供活性炭除硒的效率, 提高水体净化除硒的经济效益, 是一种一举两得的办法。工业实际生产中, 活性炭的投入使用量决定于需要净化的水量和水体中存在的杂质及其比例。通常状况下, 水体中硒的浓度不超过40ug/L, 活性炭投入量为20g/L时, 水体中硒酸根离子的去除率可达到97.8%, 水中硒的残留量约为3.45ug/L, 继续增加活性炭投入量其硒除去量不会大幅度增加。当活性炭投入量缩小为其1/5时, 水体中硒的除去率为81.23%, 水中残留的硒浓度约6.82ug/L, 相对于国家规定的饮用水标准10ug/L, 工业生产中已经符合标准了, 因此, 在实际生产中, 可以根据水体中杂质量及硒的浓度多少进行活性炭投入量调整。

4.2 调节水p H值

活性炭吸附效率与水的p H值具有直接关系, 控制好水体酸碱度能够有效的提高净化效率, 减少成本。通过实验研究表面, 当水体中的硒浓度达40ug/L时, 净化水p H为1.5时, 净化效率为64.23%。升高水体p H到3.5时, 净化率为72.12%。当净化水p H值达6以上时, 可提高水体净化率达94%以上, 达到最佳净化效果。所以, 在工业实际生产应用中严格控制p H值, 必要时添加酸碱调节剂能够有效的提高净化效率。

结语

综上所述, 地下水中硒元素过量对人体产生较大危害, 开发应用成本投入小、净化效率高的水体除硒手段非常必要。活性炭吸附法就是一种高效、环保、成本低、效果好的吸附方法, 在工业生产中广泛应用。

参考文献

[1]张小满, 曹达文, 高廷耀.常规水处理工艺应用粉末活性炭技术的最佳投点选择研究[J].给水排水, 2014.

活性炭法 第2篇

微波辐射-活性炭法处理印染废水的研究

研究了微波辐射-活性炭法处理印染废水的工艺条件.试验结果表明:在未调节印染废水pH(6.5)的条件下,活性炭用量为0.010 g/mL,微波辐射功率为900 W,辐射时间为8 min,COD去除率达到了93.6%,色度去除率达到了100%,处理后的水达到了国家一级排放标准.用微波辐射-活性炭法处理印染废水比用活性炭法或微波辐射法处理印染废水效果好.

作 者：王湖坤 张伟 WANG Hu-kun ZHANG Wei  作者单位：湖北师范学院,化学与环境工程学院,湖北,黄石,435002 刊 名：湖北师范学院学报（自然科学版） 英文刊名：JOURNAL OF HUBEI NORMAL UNIVERSITY(NATURAL SCIENCE) 年，卷(期)： 28(2) 分类号：X703.5 X791 关键词：微波   活性炭   印染废水  

活性炭法 第3篇

此发明涉及一种活性钎焊法制造耐磨陶瓷衬板的方法，特别涉及一种适用于电力、冶金、矿山等行业的中速磨内筒体、球磨机斜管部位，输煤系统的耐磨陶瓷衬板。

2背景技术

在冶金、化工、电力等行业的原、燃料输送系统中，最常遇到的是设备、管道、料仓及溜槽的磨损问题。通常采用的耐磨衬板有铸铁衬板、锰钢衬板、铸石衬板等。由于冶金工厂为炼铁、炼钢所输送的原料多为矿石、焦炭、石灰石和各类合金料，其对设备内衬、料仓壁、溜管内衬的磨损严重，如在邯钢焦炭输送系统中采用厚16 mm的16Mn钢衬板，仅使用半个月就将溜槽底部磨穿。在大中型燃煤电厂输煤系统中采用16 mm厚的16Mn钢衬板也仅仅使用了3～6个月就被磨穿，增加大量的维修工作，给生产带来了很大的影响。据国内有关统计结果表明，每年由于磨损造成的经济损失超过400亿元。由此可见，大力开展耐磨材料的研制及相关强化技术的研究，提高耐磨衬板的质量，以降低由于摩擦、磨损所造成的能源和原材料方面的损失，保障相应的耐磨设备和设施的安全运行，对于国民经济建设的发展具有十分重大的意义。有关衬板材料的研究开发，国内外都已取得很大进展，但是现在已经应用的衬板都存在一些缺陷。比如金属衬板件重、设备负荷高、更换复杂，且只能用于研磨不怕铁质污染的物料；橡胶衬板则存在易老化、抗撕裂性差的缺点，尤其是在高速硬质物料的冲击下，作业温度升高，磨损速度大大加快。因此寻求一种低成本、高效能的耐磨衬板越来越多地为企业所重视和接受。随着陶瓷与金属连接技术的逐步发展，陶瓷衬板由于其耐磨性能强越来越多地成为研究的重点，而为了避免粘接而造成的结合强度低，在高温环境下易老化。采用陶瓷与金属的钎焊连接，提高使用寿命，增强设备安全稳定性。

A12O3陶瓷具有硬度高，有很好的耐磨性、耐腐蚀性、耐高温性能，可以在1 600 ℃高温下长期使用，是一种很有前途的陶瓷材料。

3发明内容

针对上述问题，提供一种活性钎焊法制造耐磨陶瓷衬板的方法，以克服现有耐磨衬板结合强度低，在高温环境下易老化的缺点。

活性炭吸附法联合脱硫脱硝技术分析 第4篇

燃煤锅炉都要求控制SO2和NOx的排放, 目前联合烟气脱硫脱硝技术有多种, 但是大部分技术因初投资大、运行费用高、治污产物利用难、存在二次污染等, 限制了推广应用。活性炭吸附法联合脱硫脱硝技术具有能够实现治污产物资源化利用、吸附剂可循环使用、脱硫脱硝效率高等优点, 是有发展前景的联合脱硫脱硝技术。

2 活性炭吸附法的原理

2.1 活性炭吸附法脱硫原理

活性炭具有较大的表面积、良好的孔结构、丰富的表面基团、高效的原位脱氧能力, 同时有负载性能和还原性能, 所以既可作载体制得高分散的催化体系, 又可作还原剂参与反应提供一个还原环境, 降低反应温度。SO2、O2与H2O被吸附剂吸附, 发生下述总反应:

2SO2+2O2+2H2O2H2SO4

活性炭吸收SO2和NOx后生成的物质存在于活性炭表面的微孔中, 降低了活性炭的吸附能力, 因此对吸附SO2后表面上生成硫酸的活性炭要定期再生, 先用水洗, 得到稀硫酸溶液, 然后对活性炭进行干燥。对吸附SO2的活性炭加热, 硫酸在炭的作用下还原为SO2, 得到富集, 可用于生产硫酸或硫磺, 但要消耗一部分活性炭。

2.2 活性炭吸附法脱硝原理

吸附法是利用吸附剂对NOx的吸附量随温度或压力的变化而变化的原理, 通过周期性地改变反应器内的温度和压力, 来控制NOx的吸附, 以达到将NOx从汽源中分离出来的目的。

如果在活性炭脱硫系统中加入氨, 即可同时脱除NOx, 反应方程式如下:

4NO +4NH3+O2 4N2+6H2O

与此同时在吸收塔内还存在以下的副反应:

NH3+ H2SO4NH4HSO4

2NH3+ H2SO4 (NH4) 2HSO4

SO2脱除反应一般优先于NOx的脱除反应, 烟气中SO2浓度较高时, 活性炭内进行的是SO2脱除反应;SO2浓度较低时, NOx脱除反应占主导地位。

3 活性炭吸附法流程

含SO2的烟气在文丘里洗涤器内用稀硫酸先洗涤, 经除尘、降温后进入固定床或活性炭吸附器, 经净化后排空。在气流连续流动的情况下, 从吸附器顶部间歇喷水, 洗去吸附剂上生成的硫酸, 得到10%~15%浓度的硫酸, 它进入文丘里洗涤器后被蒸发浓缩至25%~30%浓度, 再经浸没式燃烧器等进一步提浓, 最终浓度可达70%, 能用于化肥生产。

4 活性炭吸附法优缺点

4.1 优点

1) 活性炭材料本身具有非极性、疏水性、较高的化学稳定性和热稳定性, 可进行活化和改进性, 还具有催化能力、负载性能和还原性能以及独特的孔隙结构和表面化学特性。

2) 在近常温下可以实现联合脱除SO2、NOx和粉尘的一体化, SO2脱除率可达到98%以上, NOx的脱除率可超过80%。同时吸收塔出口烟气粉尘含量20mg/m3。

3) SO3的脱除率很高, 且能除去废气中的碳氢化合物。

4) 产生可出售的副产品, 可以有效地实现硫的资源化。

5) 吸附剂可循环使用, 处理的烟气排放前不需要加热, 投资省、工艺简单、操作方便、可对废气中的NOx进行回收利用、占地面积小。

4.2 缺点

1) 活性炭价格目前相对较高;强度低, 在吸附、再生、往返使用中损耗大;挥发分较低, 不利于脱硝。

2) 吸附法脱硫存在脱硫容量低、脱硫速率慢、再生频繁等缺点。 水洗再生耗水量大、易造成二次污染。

3) 吸附剂吸附容量有限, 常须在低气速 (0.3~1.2m/s) 下运行, 因而吸附器体积较大;活性炭易被烟气中的O2氧化导致损耗;长期使用后, 活性炭会产生磨损, 并会因微孔堵塞而丧失活性, 从而需要再生处理。

4) 过程为间歇操作, 投资费用高, 能耗大。

5 结束语

活性炭吸附法联合脱硫脱硝技术是一种先进的烟气净化技术, 是未来烟气脱硫脱硝技术的发展方向, 我国关于活性炭联合脱硫脱硝工艺的研究和开发大多处于试验阶段, 今后应加强这方面的投入, 开发出适合国情的活性炭联合脱硫脱硝工艺。

摘要：分析了活性炭吸附法联合脱硫脱硝的原理、工艺流程及其优缺点的比较, 指出活性炭吸附法脱硫脱硝技术是一种先进的烟气净化技术, 是未来烟气脱硫脱硝技术的发展方向。

关键词：活性炭,烟气净化,脱硫,脱硝

参考文献

[1]杨旭中.燃煤电厂脱硫装置[M].中国电力出版社, 2006年6月.

[2]高巨宝, 樊越胜, 邹峥, 曹子栋.烟气联合脱硫脱硝技术的对比研究[J].锅炉技术, 2006年9月.

活性炭法 第5篇

UV/Fenton试剂法+活性炭组合处理微污染水源水的实验研究表明:在UV波长为254nm,过氧化氢浓度为15mg/l,水温为25℃,加入少量的.Fe2+,照射时间为1 h的条件下,单纯UV/Fenton试剂法可使CODMn降解42.3%,UV/Fenton试剂法+活性炭组合可使CODMn降解65.6%.

作 者：任秉雄 严宝珍 靳志军 刘培斌  作者单位：任秉雄,严宝珍(北京化工大学理学院,北京,100029)

靳志军(北京清华永新双益环保有限公司,北京,100084)

刘培斌(北京水利科学研究所,北京,100000)

刊 名：应用基础与工程科学学报  ISTIC EI英文刊名：JOURNAL OF BASIC SCIENCE AND ENGINEERING 年，卷(期)：2003 11(3) 分类号：X703 关键词：UV/Fenton体系   过氧化氢   活性炭   微污染水源水  

★ 饮用水微污染处理技术研究进展

★ 湿式氧化、微电解和膜生物反应器组合工艺处理杀菌剂废水

★ 组合工艺处理城市垃圾渗滤液的研究进展

★ 粉末活性炭和超滤膜组合工艺深度处理黄浦江原水

★ 水杨醛工艺废渣处理方案研究

★ 污水组合处理工艺在油脂废水中的应用

★ 道路路表径流污染处理体系研究

★ 内电解-MBR工艺处理制药废水的研究

★ 用作电厂的生活污水深度处理工艺实验研究

活性炭法 第6篇

摘要：活性污泥法处理污水，是利用活性污泥在废水中的凝聚、吸附、氧化、分解和沉淀等作用，去除废水中有机污染物的一种废水处理方法。活性污泥法是向废水中连续通入空气，经一定时间后因好氧性微生物繁殖而形成的污泥状絮凝物。其上栖息着以菌胶团为主的微生物群，具有很强的吸附与氧化有机物的能力。

关键词：污水处理；活性污泥法；思考

1、活性污泥法处理污水的总括

活性污泥法处理污水，是利用活性污泥在废水中的凝聚、吸附、氧化、分解和沉淀等作用，去除废水中有机污染物的一种废水处理方法。活性污泥法是向废水中连续通入空气，经一定时间后因好氧性微生物繁殖而形成的污泥状絮凝物。其上栖息着以菌胶团为主的微生物群，具有很强的吸附与氧化有机物的能力。

2、活性污泥概念

活性污泥基本概念是由1912年英國人Clark and Cage发现对废水进行长时间曝气会产生污泥并使水质明显改善，其后Arden and Lackett进一步研究，发现由于实验容器洗不干净，瓶壁留下残渣反而使处理效果提高，从而发现活性微生物菌胶团，定名为活性污泥而来。

3、活性污泥法处理污水

影响活性污泥过程工作效率（处理效率和经济效益）的主要因素是处理方法的选择与曝气池和沉淀池的设计及运行。

活性污泥法处理污水：

3.1、基本组成

3.1.1、二沉池：进行泥水分离，保证出水水质；保证回流污泥，维持曝气池内的污泥浓度。

3.1.2、回流系统：维持曝气池的污泥浓度；改变回流比，改变曝气池的运行工况。

3.1.3、剩余污泥排放系统：是去除有机物的途径之一；维持系统的稳定运行。

3.1.4、供氧系统：主要由供氧曝气风机和专用曝气器构成向曝气池内提供足够的溶解氧。

3.2、影响因素

BOD负荷率也称有机负荷率，以NS表示；BOD负荷率是指在规定时间内的平均BOD负荷与最大BOD负荷之比的百分数。用来衡量在规定时间内负荷变动情况。

3.3、方法设计

除普通活性污泥法外，还有多点进水、吸附再生、延时曝气和高负荷率活性污泥等方法。前两种方法与基本流程有所不同，废水流进曝气池的入口的数目和位置有差别。在多点进水活性污泥法中，只有一部分废水和回流污泥一起在首端入池。其余的废水分2-3次在离首端有一定距离的2-3个入口处进入曝气池。从流程上看，可以说吸附再生活性污泥法只是多点进水过程的变形，几个废水入口只用最后一个，后者即变成前者。

4、活性污泥法中有机物、微生物和溶解氧的分析

方法类型的发展是以过程的机理为依据的。参与过程的主要物质有：有机物、微生物和溶解氧。前两者是主要的，溶解氧只要维持一定的浓度。

在整个过程中，需氧量是不同的。起始有机物浓度高，微生物繁殖迅速，需氧量大。随着有机物的逐渐下降，需氧量也逐渐减少。在普通活性污泥法中，曝气池的供氧是均匀的。这显然是不合理的。改进的办法有两种。一种是从曝气方法着眼，把均匀的曝气改为渐降曝气。另一种就是多点进水的办法。但是多点进水不仅降低需氧量的变化幅度，而且改变了有机物与微生物的相对量。

有机物与微生物之比称污泥负荷率。它影响过程的代谢深度和污泥的沉降性能，也影响运行的稳定性和基建费用。污泥负荷率低些，过程的运行比较容易，处理效率比较稳定，剩余污泥量比较少，但基本建设和运行费用一般要高些。普通活性污泥法的负荷率常在0.15-0.3公斤污泥之间。高负荷率活性污泥法采用1以上，回流污泥量和空气量可以大大减少，节省费用，但是去除率降低到60-70%，因此也称为变型活性污泥法。用于只需要中等处理程度的场合。延时曝气活性污泥法则相反，负荷率常小于0.1，曝气时间超过24小时，代谢深入，剩余污泥量少，无需频繁排泥，工作稳定，管理简便，常用于流量很小的场合。

5、在实践中，人们发现污染物转移到污泥上去的效率很快，而代谢速率较慢。处理城市污水时，往往不到1小时就把废水BOD降低90%左右。但是如果把这些污泥回流到曝气池，却不能再现这样的能力，从而创造了吸附再生法。活性污泥的再生实质上是给微生物以足够的时间来消化转移来的有机物。因此，有人把它改名为接触稳定法。

6、曝气池

是所有活性污泥法的心脏，其作用是搅拌混合液使泥、水充分接触和向微生物供氧。搅拌有两种方式，一种是使同时进曝气池的泥和水充分混合并一直保持到流出池子，而不和已在池中的混合液相混以免发生短路现象。曝气池采用长条形就是以保证同时入池的泥和水都同时出池，使同时入池的废水有相同的曝气时间。另一种搅拌方式是使进入池子的泥和水立即与全池的混合液充分混合，达到混合液的水质均匀，有可能使微生物的生长处在最佳的生活环境中，使过程处在最好的条件下运行。还有一种环形曝气长槽，深度较浅，混合液在槽中以较高的流速回流。这种曝气槽的曝气时间接近24小时，特称氧化槽或氧化沟。实际上是延时曝气活性污泥法的一种曝气池。

7、运行及条件

7.1、运行

主要是活性污泥量和供氧量的控制，曝气池的活性污泥浓度，是可以调节的，也就是活性污泥量和负荷率是可以调节的，运行时应根据具体情况注意调节。活性污泥法污水厂容易出现污泥膨胀，即污泥含水量极高，不易沉降。这将造成污泥随水流出沉淀池，破坏水质，同时，污泥的流失使曝气池中污泥减少，整个过程逐渐失效。在发现污泥有膨胀趋势时，应即分析原因，采取措施。

7.2、运行条件

废水中含有足够的可容性易降解有机物；混合液含有足够的溶解氧；活性污泥在池内呈悬浮状态；活性污泥连续回流、及时排除剩余污泥，使混合液保持一定浓度的活性污泥；无有毒有害的物质流入。

8、基本流程

典型的活性污泥法是由曝气池、沉淀池、污泥回流系统和剩余污泥排除系统组成。污水和回流的活性污泥一起进入曝气池形成混合液。从空气压缩机站送来的压缩空气，通过铺设在曝气池底部的空气扩散装置，以细小气泡的形式进入污水中，目的是增加污水中的溶解氧含量，还使混合液处于剧烈搅动的状态，形悬浮状态。溶解氧、活性污泥与污水互相混合、充分接触，使活性污泥反应得以正常进行。

结束语：

活性炭法 第7篇

1 活性炭法烟气净化技术简介

活性炭法烟气净化技术包括有2种工作形式: (1) 活性炭干法烟气脱硫、脱硝、脱重金属离子和除尘等技术; (2) 活性炭与NH3结合使用, 可实现对烟气中硝化合物的有效净化。在烟气中存在氧气和水蒸气的情况下, 用活性炭干法烟气净化技术能有效将烟气中含有的SO2、氧气和水蒸气吸附在活性炭的孔隙中, 进而实现对烟气中对大气环境威胁严重的硫化物的净化。在一些排放烟气中含有大量硝化合物的企业中, 一般会采用活性炭与NH3相结合的方式, 这种烟气净化技术能够将烟气中富集的硝化合物催化还原形成N2和H2O。在实际的应用中, 活性炭法烟气净化技术可以单独安装第一种硫化物净化系统, 也可以并行于2种系统, 并由企业的废气监管部门结合企业废气排放实际对系统的工作模式进行管理。

2 活性炭法烟气净化技术的新进展

活性炭法烟气净化技术最早起源于德国, 德国在20世纪50年代就开始对这一技术进行研究。20世纪60年代, 日本率先在国内推行了这一技术。活性炭法烟气净化技术在日本国内的应用获得了极大的成功, 其大型企业对大气环境的污染指标大幅度下降。随后, 该技术在资本主义国家被大范围应用, 并在强烈的应用需求推动下获得了迅速发展。

目前, 活性炭法烟气净化技术应用最广泛的形式是错流移动床吸附反应塔。因该技术在实际应用中兼具对应用企业烟气特殊性的广谱适应性和经济性, 成为了当前世界上应用最广泛的活性炭法烟气净化技术形式。此外, 还有一种重要的形式是活性炭选择性催化还原系统 (CSCR) , 其是当前烟气净化技术的最前沿, 由德国WKV公司开发。CSCR技术在实际应用中对烟气的脱硫率可以达到95%以上, 脱硝率可以达到85%以上。

3 活性炭法烟气净化技术的应用

烧结机烟气脱硫是活性炭法烟气净化技术应用的主要领域。在烧结机运行的过程中, 其排放的废气呈现出废弃排放量波动较大、有害成分复杂的特点。活性炭法烟气净化技术的特点正适应烧结机具有的上述特性, 能很好地解决烧结机在运行中产生的严重大气污染问题。

随着我国社会经济的快速发展, 我国已经成为世界上最大的烟气脱硫市场, 存在数量众多的重污染企业。随着我国经济发展模式向能源节约型、环境友好型转变, 这些污染企业都需要先进的烟气净化技术的支持。我国的烟气净化技术起步较晚, 因此, 早期的活性炭法烟气净化技术主要靠国外的技术转让。其中, 典型的即为我国的国电清新公司与德国WKV公司签约引进的CSCR活性炭法烟气净化技术。在引进该技术后, 国内的烟气净化企业在此基础上, 结合我国烟气净化市场的需求进行了改进。

目前, 我国具备自主知识产权的活性炭法烟气脱硫装置已完成了系统的中程试验、工程放大和工程示范, 已进入工业推广阶段。我国的活性炭法烟气净化技术已开始逐渐达到国际先进水平, 力求在应用中不仅能解决烟气中的硫化物问题, 还对NOX、CO2、汞和其他污染物有一定程度的减排效果, 这使活性炭法烟气净化技术成为了一种减排烟气中污染物的综合净化技术。

我国从事活性炭法烟气净化的企业主要分为2类: (1) 在借鉴国外技术的基础上, 形成了自主知识产权的企业, 典型的企业包括上海克硫环保科技股份有限公司等; (2) 与国外活性炭法烟气净化企业签订了技术转让和合作开发协议, 在此基础上从事烟气净化的企业。

近年来, 我国在活性炭法烟气净化技术应用领域获得了较大的发展, 其发展速度之快, 应用建设之活跃已经成为当前世界上活性炭法烟气净化技术发展速度最快的区域之一, 这与我国卓有成效的绿色经济发展模式转型工作有着不可分割的关系。目前, 在有色金属冶炼、钢铁烧结机、燃煤锅炉和硫酸尾气净化等领域, 活性炭法烟气净化技术得到了大范围的应用。从2005年至今, 我国已建、在建的活性炭法烟气脱硫装置有十多套。由此可见, 活性炭法烟气净化技术在我国的应用已经进入到了相对平稳的发展期。在未来, 活性炭烟气净化技术必然在我国各地落地开花, 为我国的节能减排工作和经济发展转型作出重要的贡献。

4 结束语

活性炭法烟气净化技术作为一种相对成熟、实际应用性较强的烟气净化技术, 其自身的发展和应用已经进入到了相对平稳的上升期, 在可以预见的将来, 其对社会经济发展模式转变的巨大推动力是不容置疑的。本文从技术简介、活性炭法烟气净化技术的新进展和活性炭法烟气净化技术在我国的应用对该技术进行了简要分析, 以期为活性炭法烟气净化技术的发展和应用水平的提高提供支持和借鉴。

摘要：活性炭法烟气净化技术具有高效性和经济性, 在社会中得到了广泛应用。从最新研发和应用的角度出发, 结合活性炭法烟气净化技术的应用实际, 对该技术的研发和应用进行了简要分析。

关键词：活性炭,烟气净化技术,废弃监管,除尘技术

参考文献

活性炭法 第8篇

关键词：催化氧化,活性炭,吸附,磷化氢,熏蒸尾气

粮食、烟草在仓库储存过程中易遭受虫害从而造成大量损失,为了避免这种损失,通常会采用磷化氢进行熏蒸保护[1]。磷化氢的分子量小、沸点低,挥发性、扩散性和渗透性都很好,杀虫广谱,可有效防治各种仓储害虫;但磷化氢属剧毒性气体,主要通过呼吸道吸入中毒,作用于神经系统,抑制神经中枢,刺激肺部,引起肺水肿和心脏扩大。磷化氢在空气中允许接触的最高浓度为0.3mg/m3,人体吸入不同浓度磷化氢引起的中毒情况如表1所示[2]。如何合理、经济地净化处理熏蒸后残留的磷化氢尾气是值得研究的问题。

1 磷化氢熏蒸尾气处理技术

美国和其他一些国家规定了磷化氢在工作环境空气中的允许浓度最高为0.004 6 mg/m3[3],并要求在熏蒸期间,熏蒸仓库周围建立一个半径为500英尺的缓冲带,而且在熏蒸前提前告知周围750英尺内的居民[4]。在国内,车间应执行GBZ 2-2002《工作场所有害因素职业接触限值》,车间空气中PH3气体的最高容许浓度为0.3 mg/m3。仓储熏蒸结束后需排出仓库内磷化氢熏蒸尾气,有些企业会将磷化氢废气不经任何处理直接向大气排放,对周围环境造成严重影响,危害人体健康。

近年来,严重的环境污染已经对人类生活造成影响,促使全社会对环境问题越来越关注。国内外有关于磷化氢净化技术方法很多,大致可分为干、湿两种。干法是利用固体氧化剂或吸附剂来去除磷化氢;湿法主要是在吸收塔内利用磷化氢气体与含氧化剂的溶液进行气液接触而实现磷化氢的去除,如包括浓硫酸法、高锰酸钾法、次氯酸钠法、过氧化氢法、磷酸法和漂白精法[5]。溶液吸收法的吸收液腐蚀性较强,工艺复杂,二次污染严重,而干法相对来说设计运行操作均很简单,较适用于熏蒸作业这种间歇操作的场合,但需要选择合适且高效的固体氧化剂或者吸附剂。仓库储存熏蒸过程中产生的磷化氢尾气和磷化工行业相比,磷化氢浓度很低,一般浓度在800 mg/m3以下,一次排气量大,间歇性操作且频率很小,催化氧化活性炭法净化去除该过程产生的磷化氢熏蒸尾气是目前最有效的方法之一。

2 催化氧化活性炭去除磷化氢熏蒸尾气

传统的活性炭去除净化磷化氢尾气原理是通过活性炭吸附待处理的废气,当吸附饱和后,需要将活性炭更换或者再生。但是由于磷化氢的特性,活性炭对其吸附容量很低,需频繁更换或再生活性炭,故推广应用受到限制。而新型催化氧化活性炭对磷化氢气体具有很强的催化氧化能力,并可通过水洗再生,与其它净化去除方法相比具有净化效率高、运行管理方便等优势,是一种值得选择的先进工艺。

2.1 工艺原理

催化氧化活性炭的原理是:催化氧化活性炭对磷化氢气体经过最初的一般吸附阶段后,通过在其催化空间内促进气体中的磷化氢和氧气反应,生成磷酸。由Olivier[6]及Robinason[7]提出磷化氢的氧化机理:

从磷化氢氧化的机理来看,磷酸是最终的氧化产物,因为次磷酸和亚磷酸作为一种强的还原剂很容易氧化。总反应方程式如下:

上述反应中,磷酸易溶,大量产生的磷酸很容易被吸附且易溶于水。当催化氧化活性炭去除磷化氢而饱和失活时,可通过用清水洗涤溶解去除催化氧化活性炭中的磷酸,再通入洁净空气或者氮气对催化氧化活性炭进行吹扫使其干燥,从而恢复催化氧化活性炭去除磷化氢的能力。

2.2 工艺流程

磷化氢尾气经风机与催化氧化活性炭气-固接触,磷化氢被多孔的活性炭吸附并催化氧化生成磷酸,净化后的空气排出;再生流程用自来水冲洗催化氧化活性炭里的磷酸,冲洗完毕用洁净空气或者氮气对催化氧化活性炭进行吹扫,吹干再生后便可重复使用。工艺流程图如图1。

2.3 工艺介绍

仓储磷化氢熏蒸尾气浓度较低,一般浓度在800 mg/m3以下,间歇性操作,熏蒸频率1~3次/年,处理工艺流程图如图2。

磷化氢熏蒸尾气经风机排出,先后分别进入2个催化氧化活性炭吸附反应罐,与催化氧化活性炭进行气-固接触,磷化氢被多孔的催化氧化活性炭吸附催化氧化生成磷酸留在活性炭表面及内部,净化后的空气排出。吸附过程中每间隔一段时间由第一吸附罐后取样分析磷化氢浓度,或者安装磷化氢固定监测仪,一旦有监测到磷化氢浓度上升,当期熏蒸尾气处理完毕便可启动再生流程。再生流程工艺由自来水冲洗催化氧化活性炭里的磷酸,冲洗后的废水经排水系统引入污水池,冲洗完毕用洁净空气或者氮气对催化氧化活性炭进行连续吹扫,吹干再生后便可等待进行下一次的磷化氢熏蒸尾气净化处理。

1.风机;2.空压机;3.气体阀门;4.气体流量计;5.阀门;6.催化氧化活性炭罐;7.排水汽阀门;8.二次吸附进气阀门;9.取样分析阀门;10.自来水进水阀门;11.排水阀门

3 结语

随着我国对环境保护的日益重视,磷化氢熏蒸尾气的排放监管会更加严格,尽管有许多技术均可用于磷化氢尾气的净化,但各自的优缺点又使它们的应用推广受到限制,尤其是对于磷化氢尾气量较小、浓度较低、场地有限的仓库。催化氧化活性炭法作为新兴的高新技术,已成功应用于多个领域。催化氧化活性炭法用于磷化氢熏蒸尾气的净化,可再生循环利用,再生方法简单无污染,降低了污染环境的大气排放,具有能耗低、单级分离效率高、过程简单等优点,是解决当代能源、资源和环境问题的重要高新技术。催化氧化活性炭法作为磷化氢尾气净化过程中的一个重要组成部分,必将大有可为。

参考文献

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[2]庞文绿.磷化氢熏蒸的安全防护[J].粮食储藏,2002,(2):34-36.

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[4]USEPA.Registration Eligibility Decision:Aluminum and Magnesium Phosphide[S].Washington DC:USEPA,1998.

[5]余琼粉,易红宏,唐晓龙,等,磷化氢净化技术及其展望[J].环境科学与技术,2009,32(10):2-3.

[6]Olivier J P.Modeling physical adsorption on porous and nonporous solids using density functional theory[J].J.Porous Mat.,1995,2(1):9-17.

活性炭法 第9篇

煤基活性炭是目前国内外产量最大的活性炭产品，随着煤基活性炭生产技术的进步，其应用领域越来越广，产量逐年提高。由于中国具有生产活性炭的优质煤炭资源，因此煤基活性炭在中国具有广阔的发展前景[7,8]。煤基成型活性炭的制备工艺流程，一般是:原料煤先破碎磨粉再与粘接剂混合，通过成型设备进行成型，成型料再炭化、活化[9,10,11,12]。常用的粘接剂为:煤焦油、煤沥青和石油沥青。胶黏剂的使用一方面增加了生产成本，且存在一些问题。如煤焦油污染大、成本高、保温操作、运输及保管困难;煤沥青稳定性差，有毒有臭味;石油沥青与煤相容性不佳[13]。对于无粘接剂或者用一些添加物起粘接剂作用制备煤基成型活性炭的研究甚少[14,15,16]。

将木屑经化学试剂浸渍、加热、水解及糖化等处理后能产生具有一定黏性的塑化产物[2]。木屑是可再生能源，煤粉是不可再生能源。本论文研究在煤原料中添加木屑，代替工业常用黏合剂，开辟煤基成型活性炭制备的新途径。与传统生产方法相比，具有无须添加粘接剂、煤粉消耗低等优势。

1 试验部分

1.1 试验材料

试验原料:木屑(江西吉安龙净炭素有限公司，30～40目)、煤粉(山西新华化工有限责任公司，200目)。

试验药品:磷酸、亚甲基蓝、碘、蒸馏水。

试验仪器:高速万能粉碎机(天津市泰斯特仪器有限公司)、SFLS5T—50t型液压机(泰州市荣美液压机械制造公司)、干馏釜(实验室自制)管式炉(OTL1200，南大仪器厂)、101A—2B型干燥箱(上海实验仪器厂有限公司)、UV—2450型紫外分光度计(日本岛津公司)、电子天平(JA2003型d=0.000 1 g，赛多利斯科学仪器有限公司)、调速多用振荡器(国华电器有限公司)、全自动孔隙分析仪(Autosorb Q2，美国康塔公司)、强度测试仪(PS80，江都市鹏飞化工设备厂)。

1.2 炭质前驱成型体的制备方法

将烘干的木屑和煤粉按照一定的比例混合，用不同浓度的磷酸溶液于60℃下浸渍混合物30 min。浸渍结束后取出混合物，于油浴锅内塑化一定时间至混合物颜色由棕色变成黑色，并产生较大的黏性时，结束塑化，得到塑化产物。再将得到的塑化产物快速转移到模具上，在液压机上成型。将压制得到的炭质前驱成型物在干燥箱内进行缓慢恒温干燥、硬化。成型炭质前驱体制备过程主要考察磷酸浓度、木屑与煤粉比例、磷酸用量对成型体强度的影响。

1.3 活性炭的制备方法及表征

将制备得到的符合一定强度的成型炭质前驱体，在干馏釜内炭化活化。成型活性炭的制备主要考察浸渍比(磷酸与成型炭质前驱体质量比)、活化温度、活化时间对成型活性炭性能的影响。

活化后的成型活性炭反复用蒸馏水煮沸洗涤，直至溶液的p H不变为止，在120℃烘箱中干燥12h。按照GB/T7702—2008《煤质颗粒活性炭试验方法》测定亚甲基、碘吸附值和强度，采用美国康塔公司Autosorb Q2型全自动孔隙分析仪测定比表面积和孔及分布，采用强度测试仪测试强度。

2 结果与分析

2.1

原料工业分析、元素分析

2.2 成型工艺

炭质前驱成形体的外观图如图1所示，直径3mm，长度10～20 mm。

2.2.1 磷酸浓度对成型的影响

木屑与浓磷酸质量比为1∶3，木屑与煤粉比例为1∶4，塑化温度180℃、成型压力30 MPa。磷酸浓度反应了物料的含水量，其对成型工艺的影响如图2所示。

实验发现磷酸浓度为50%时，物料塑化后在模具中成干粉状，无法成型;磷酸浓度为10%时，相同的浓磷酸用量下水分含量偏高，物料成团状挤压后大量板结，无法成型;磷酸浓度为30%时炭质前驱体成型强度最大为93%。这是因为原料含水率过低时，粒子得不到充分延展，与四周的粒子结合不够紧密;含水率过高时，较多的水分被挤出后分布于粒子层之间，粒子无法很好紧密结合[17]。

2.2.2 木屑煤粉比例对成型的影响

木屑与浓磷酸质量比为1∶3，磷酸浓度30%，塑化温度180℃、成型压力30 MPa，木屑煤粉比例依次为1∶1、1∶1.5、1∶2、1∶3、1∶4，其制备得到的炭质前驱成型体强度均达到93%以上，且1∶4比例下成型炭质前驱体的表面最光滑。

木屑主要由纤维素、半纤维素和木质素组成，在一定的温度下分解产生糖类物质，与水混合形成胶体，形成架桥起粘接剂作用。木屑与煤粉比例超过1∶4时，由于木屑比例过少，塑化产生的具有黏性的糖类物质过少，黏力不够无法成型。由于实验选用的木屑和煤粉粒径为30～40目和200目，煤粉比例越高成形体表面越均匀光滑。

2.2.3 磷酸用量对成型的影响

木屑与煤粉的比例为1∶4，磷酸浓度30%，塑化温度180℃，成型压力30 MPa。磷酸用量对成型工艺的影响如图3所示。

从图3可以看出木屑磷酸比例越高，成形体的强度越大。木屑磷酸比例低于1∶3时，木屑塑化过程不完全，磷酸对木屑的作用首先表现为酸解，纤维素大分子的配糖键对酸的稳定性很低，易发生断裂而生成低聚糖或单糖。在浸渍塑化阶段经磷酸作用产生一定量的糖，是造成塑化产物具有黏性的原因[2]。比例超过1∶3时强度提高不显著，考虑经济效益选择木屑磷酸比为1∶3。

此外，原料粒度、成型压力也是成型工艺的重要因素。一般来说粒度越小的原料，在相同压力下其延伸率或变形率越大，更容易成型。原料粒度不均匀可能造成成型物表面产生裂纹，强度下降。成型压力必须足够，原料才能成型。

2.3 活化工艺

2.3.1 浸渍比对活性炭性能的影响

活化温度为550℃，活化时间为2 h，分别考察了浸渍比对活性炭亚甲基蓝、碘吸附值的影响，结果如表2所示。

由表2可知，浸渍比增加时，亚甲基蓝吸附值和碘值均呈现先增加后减少趋势。浸渍比为1∶1时，亚甲基蓝吸附值和碘值分别为195和865 mg·g-1，均为最大值。这是因为过量的磷酸具有一定的扩孔作用，且使得活性炭灰分增加，从而降低了活性炭吸附性能。

2.3.2 活化温度对活性炭性能的影响

浸渍比1∶1，活化时间为2 h，考察活化温度对活性炭亚甲基蓝、碘吸附值的影响，结果如表3所示。

从表3可知，随着温度的升高，活性炭的亚甲基蓝吸附值和碘吸附值先增大后减小。当温度超过400℃时，随着反应活化温度的升高，H3PO4脱水形成不同形式的Hn+2PnO3n+1，这些不同结构式的磷酸与木质纤维物质的反应更加强烈[18]，形成了不同形式的磷酸酯，增大了交联结构物的产生，促进了孔的形成。活性炭吸附性能也随之增加。超过550℃后继续升高时，由于高温使部分孔结构坍塌，活性炭吸附性能降低。

2.3.3 活化时间对活性炭性能的影响

浸渍比1∶1，活化温度为550℃，考察活化时间对活性炭亚甲基蓝、碘吸附值的影响，结果如表4所示。

由表4可知随着活化时间的延长，活性炭的吸附能力先增强后减弱。较短的活化时间内，炭化料与磷酸无法充分反应，微孔结构不断增加，使得活性炭吸附值逐步提高。活化2.5 h时活性炭吸附值达到最大，此后随着活化时间的延长，活性炭的孔隙结构有部分坍塌，导致活性炭比表面积减小，吸附值降低。

2.4 磷酸法木质煤基成型活性炭表征

在单因素实验所得最佳工艺条件下制备木质煤基成型活性炭，并对活性炭产品进行表征。该样品的制备条件为:浸渍比1∶1，活化温度550℃，活化时间2.5 h。其亚甲基蓝吸附值210 mg·g-1，碘吸附值865 mg·g-1。

活性炭比表面积及孔结构分析:

将样品在573 K下脱气12 h后，以高纯氮(99.99%)为吸附介质进行测定氮气在样品上的吸附脱附曲线，采用BET方程计算活性炭比表面积，总孔容由氮气吸附等温线在相对压力为0.995处的吸附量计算得到，根据V-t法计算微孔孔容，孔径分布按DFT法计算得到。结果如表5所示。

由表5可以看出，成型活性炭以微孔为主，孔型拟合结果表明活性炭孔型更符合柱形孔模型。

木质煤基成型活性炭的氮气吸附-脱附等温线和孔径分布如图4和图5所示。

由图4可以看出，木质煤基成型活性炭的氮气吸附-脱附等温线均为典型的I型等温线。在低相对压力区域(P/P0<0.35)，气体吸附量有一个快速增长。这归因于微孔填充。在接近饱和蒸汽压时，由于微粒之间存在缝隙，会发生类似大孔的吸附，等温线会迅速上升[19]。在相对压力0.45左右，吸附-脱附曲线出现一个狭长的滞回环，表面活性炭中具有一定的中、大孔隙，这由表5中微孔和总孔的容积差值也可以看出。

由图5孔径分布可以看出活性炭的微孔主要集中在1.17 nm左右。

3 结论

(1)成型炭质前驱体制备中不添加胶黏剂，制备工艺为:磷酸浓度30%，木屑、煤粉、磷酸质量比为1∶4∶3，成型体强度为93%。

(2)活性炭制备工艺中，影响因素主要有浸渍比、活化温度、活化时间。随着浸渍比的上升，亚甲基蓝和碘吸附值先升高后下降，活化温度、活化时间趋势也一致。成型活性炭制备最佳工艺为:浸渍比1∶1，活化温度550℃，活化时间2.5 h。

(3)木质煤基成型活性炭表征结果为:亚甲基蓝和碘的吸附值分别为210和865 mg·g-1，表面积1 134 m2·g-1，平均孔径2.46 nm，以微孔为主，氮气吸附-脱附等温线为典型的I型等温线，孔径分布主要集中在1.17 nm左右。

活性炭法 第10篇

工业生产时产生的工业废水, 如果处理不当会对环境产生污染。工业废水问题如果得不到合理的解决, 将会给我们造成非常大的影响, 短期来说会使饮用水受到污染, 而从长远来看, 将会直接威胁到人类的生存与发展。所以本文将通过对活性炭吸附法在工业废水中的处理与应用, 使我们更好地了解当下所面临的环境, 有助于我们积极投身环境保护事业当中, 进一步促进工业废水问题的解决。

2 简析工业废水问题的现状

就目前来说, 工业废水中硫含量高, 悬浮物浓度达6100~9600mg/L, 并且含有苯类废水, 这样就使得工业污水的清理的难度非常的大。与此同时, 还要和企业进行一定的协商, 因为企业才是污水处理的问题的主角, 如果企业不对污水处理问题进行配合, 那么污水处理问题就得不到彻底的解决。而且一些工业污水的处理方法也必须要企业配合才能去实施, 这样才能从根本上解决工业废水问题。

3 活性炭吸附法的优点

活性炭吸附法处理工业废水是一个研究热点。由于该行业排放的废水中物理可降解成分较多, 因而处理效率一般较高。通过研究了活性炭吸附法对工业废水的处理, 发现对废水中的有害物质以及一些杂质沉淀物去除率较高。所以, 对于处理工业废水来说, 活性炭吸附法是非常有效的解决方法, 活性炭吸附法的优点主要体现在以下几个方面。

(1) 有较大的相对表面积, 密集分布的小孔和疏松分布的整体结构, 同时能够耐高温、耐水、耐腐蚀、耐酸碱以及稳定的物理和化学性质, 再加上活性炭本身具有一定的刚度和柔韧性, 不易破碎。

(2) 吸附过程较为简单直接, 在吸附过程中不需要加入催化剂以及凝絮剂, 能够直接利用活性炭内部疏松的孔结构进行吸附。

(3) 能够对工业废水中的汞、铬等重金属离子进行有效的吸附, 吸附能力强且稳定性较好。

(4) 活性炭的成本较低且制作简单, 可以使用废弃的木材、瓜皮纸屑以及煤渣等含碳的有机物进行制作, 因此制作成本较低。活性炭的吸附过程属于物理变化, 操作简单灵活无污染。

(5) 可回收性较好, 可以通过清洗、冲刷等方法对于使用过的活性炭进行回收再利用。同时对于吸附后很难处理的以及难以被降解的物质可以与活性炭一起进行处理, 避免对水体进行二次污染。

这种方法的使用既节约了企业的治理成本, 同时又可以使得工业废水问题得到很好地解决, 对于企业来说是非常有利。

4 活性炭吸附法在工业废水中的处理与应用

4.1 活性炭吸附法吸附原理

活性炭在形成过程中, 被炭化的材料与空气发生活化反应, 这一反应导致了被炭化的材料表面形成众多的点蚀。这些细小的点蚀使得活性炭表面产生一个又一个微小的空隙, 这些空隙使得活性炭的相对表面积大大增加, 因此活性炭具有极强的吸附能力与吸附储量。一般情况下活性炭表面的空隙直径大都在2~50nm, 因此就算是小块的活性炭也会有较大的相对表面积, 每克活性炭的相对表面积高达500~1500m2, 这也是活性炭被广泛运用的原因。

活性炭吸附法处理工业废水的原理主要是:活性炭内部疏松的孔隙结构, 正是依靠内部具有很大表面积的强吸附能力的微晶质碳素材料来进行吸附。除此之外, 还可以通过鼓入热风风, 因为在曝气槽中装有各式曝气设备, 进行强制通风, 不断的提供氧气, 这样可以大大加快活性炭的吸附速度。因为温度越高, 气流越大, 那么这样在活性炭吸附法进行废水处理的时候, 就可以发挥非常大的功效。

4.2 活性炭吸附法的运用

4.2.1 吸附含油污水

在吸附含油污水的时候, 一般情况下是利用亲油性能较好的材料或者是能溶于有机溶剂的材料进行吸附作用。活性炭亲水性能较好而亲油性能较差, 因此利用活性炭吸附含油污水一般是利用其他方法对于油污进行吸收之后, 再通过活性炭进行二次吸附, 通过这种方法吸附后的工业污水中的含油量会降低到0.1~0.2mg/L。

4.2.2 吸附含有重金属离子的污水

由于现代重工业的高速发展, 越来越多的重金属离子进入到工业废水中, 而这些重金属离子具有极其严重的危害性。利用活性炭的较大的相对表面积, 密集分布的小孔和疏松分布的整体结构等特点, 再加上活性炭具有稳定的链式结构以及含氮官能团的存在都可以加快活性炭对于重金属离子的吸附。重金属离子被吸附后, 能够紧紧地依附在活性炭的内表面, 从而大大降低了污水中重金属离子的含量。

4.2.3 吸附燃料废水

随着近些年纺织业、造纸业等轻工业的快速发展, 但是轻工业的污水排放量也在逐年增加。拒不完全统计, 我国纺织业燃料废水的日均排放量达到3000~4000kt, 这就是说印染厂没加工100m的衣物就会产生3~5t的废水。再加上轻工业废水成分复杂、色素含量较高以及COD和BOD值较大, 直接处理起来较为困哪。通过使用活性炭吸附法, 可以利用活性炭内部疏松的孔隙结构和较大的相对表面积对于废水来进行吸附, 进而达到降低废水中的色素浓度以及COD和BOD含量的目的。

4.3 活性炭吸附法运用的实际案例

活性炭吸附法通过对工业污水中的一系列杂质进行吸附和有效的分解, 来进一步缓解水质的下降, 这样就很好地解决了当下非常严重的工业废水污染的问题。活性炭吸附法在处理工业中的废水成本较低, 企业的主要目的是盈利, 在低成本的情况下, 此方法得到企业的大力推广应用, 同时也可以促进技术的研发, 使得更加有效的办法得以运用。

5 促进工业废水问题治理技术的应用和发展的策略

加大国家财政的支持力度, 加大对工业废水的排放的科学研究, 争取在财政资金的大力支持下, 这些都可以有效的阻止工业废水的排放。与此同时, 还要运用国家强制力的手段, 对工业开发商进行严格限制和管理, 对于环境的保护要始终放到企业发展的首位。所以必须要采取措施, 降低环境污染发生的可能性。各个企业也要以身作则, 不能为了自身的盈利, 为自身的小的利益去损害全人类的利益。

5.1 突出工业废水污染治理的重点

加强工业废气治理, 落实蓝天碧水计划, 实施企业点源工业废水专项整治规划, 采取联合执法、定期通报、挂牌督办等综合措施, 严厉打击工业废水污染违法行为, 解决工业废水污染问题。

5.2 不断革新工业废水污染治理技术

工业废水处理的方法还有很多, 例如微生物分解法、催化氧化法、酸碱中和法、等离子法等多种方法, 这些方法的综合运用可以达到更好的降低工业废水的目的。废水处理塔采用五重废水吸附过滤净化系统, 工业废水处理设计周密、层层净化过滤废水, 效果较好。

5.3 注重政策的引导和环保宣传力度

加快传统产业改造提升, 加强源头控制, 严把项目环评审批关, 积极争取中央、省专项治理项目和资金支持, 鼓励企业持续投入治污设施技术升级改造。加强对环保法律法规的宣传, 增强公众环保意识, 重点强化对排污企业和个体业主的宣传教育, 提高落实防治措施的积极性。

6 结语

随着时代的发展, 我们所面临的问题也越来越多, 人类在获得发展的同时, 也为自身的存在造成了一定的威胁, 人在向自然过渡的索取时, 大自然也在进行有力地回击。近几年来工业废水的排放量不断增加就是一个很好的证明, 长此以往, 等待我们的将是更为严厉的惩罚。因此, 在发展的同时注意环境的保护, 才能获得更加美好的生活。所以对于工业废水, 企业一定要承担起自己相应的责任, 只有这样, 才能够更好地维护环境, 实现可持续发展。

参考文献

[1]潘志彦, 陈朝霞, 王泉源, 等.工业水污染防治技术研究进展[J].水处理技术, 2004, 28 (2) :68~71.

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[3]肖敏, 李丽, 钟龙飞, 等.活性炭吸附法处理印染废水的研究[J].辽宁化工, 2009, 38 (8) .

活性炭法 第11篇

关键词：白腐菌；漆酶同工酶；纯化；活性电泳；酶学性质

中图分类号： Q78文献标志码： A文章编号：1002-1302（2015）09-0054-04

收稿日期：2014-11-03

基金项目：国家自然科学基金（编号：U1304302）；河南省教育厅科学技术研究重点项目（编号：12B180030）。

作者简介：刘友勋（1976—），男，湖北鄂州人，博士，副教授，主要从事酶工程及生物转化研究。E-mail：liuyouxun@126.com。漆酶（laccase，E.C.1.10.3.2）是一种多酚氧化还原酶，属于铜离子氧化酶家族，该家族还包含抗坏血酸氧化酶、血浆铜蓝蛋白等，这类酶都含有多个铜离子且在结构和功能上存在许多相似之处[1-3]。漆酶以分子氧作为电子受体，能催化多种底物发生氧化反应，氧分子在反应中被还原成水。漆酶蛋白通常以单体形式存在，很少以聚合体形式存在，其分子量一般在52～110 ku之间，目前还没有发现分子量低于50 ku的，但已发现分子量大于110 ku的漆酶蛋白[2-4]。在漆酶分子中，由于光谱和磁性特征的不同，可将4个铜离子分成3类：Ⅰ型Cu2+（1个）、Ⅱ型Cu2+（1个）、Ⅲ型Cu4+2（2个）。利用顺磁共振检测，发现前2种铜离子是单电子受体，呈顺磁性，而Ⅲ型铜离子是反磁性的双电子受体[4]。漆酶催化底物范围广，已报道有200种以上，包括酚类和非酚类，而且其催化性能也很特殊，对环境友好，因此在多个领域具有潜在的应用价值。近年来，漆酶已经成为环境保护、药物合成、生物传感器等多个领域的研究热点[5-6]。

漆酶最先在漆树这种植物中被发现，后来研究表明在昆虫、细菌和高等真菌中也广泛存在，甚至有一些漆酶被发现存在于动物的器官和血清中[4]。由于真菌漆酶的催化性能独特，在过去几十年，对其漆酶进行了广泛的研究，而其中作为真菌漆酶的代表，担子菌亚门的白腐真菌漆酶研究报道最多[1-6]。来自于不同真菌的漆酶，生化特性具有很大的不同，甚至在同一种真菌中也可以产生多种不同的同工酶，这些漆酶同工酶的生化特性也会有很大的差异。目前，这些同工酶之间的作用和意义还知之甚少。对于漆酶同工酶特性的研究，有利于了解漆酶在真菌生理活动中的作用，同时为进一步应用漆酶打下基础。蛋白质分离纯化主要采取柱层析法，该法适合于较大样品量的蛋白分离，且需要多步设计和条件优化，操作也较复杂。对于一些漆酶同工酶通过柱层析法，并不能很好地将它们分离开，需要结合其他方法进行分离。本试验对1株白腐真菌（Trametes sp.B1）的2种漆酶同工酶通过柱层析后，进一步通过活性电泳切胶纯化法将它们分离，并研究了它们的部分生化特性。

1材料与方法

1.1供试菌株

白腐菌Trametes sp.B1（简称B1菌株）由笔者所在实验室筛选和鉴定。

1.2试剂和仪器

1.2.1试剂2，2′-联氮-双-（3-乙基苯并噻吡咯啉-6-磺酸） （ABTS），Sigma公司，美国；DEAE-Sepharose Fast Flow和Sephadex-G100 填料，GE Healthcare Bioscience，美国；牛血清蛋白，北京鼎国产品；低分子量蛋白质marker为北京康为世纪生物科技产品，其他试剂均为国产分析纯。

1.2.2主要仪器核酸蛋白检测仪为江苏省兴化市分析仪器厂产品，冷冻干燥机为上海比朗仪器有限公司产品。

1.3产酶培养基

21 g稻草粉、3 g麸皮、0.12 g CaCl2、0.36 g MnSO4和60 mL蒸馏水混匀装入500 mL摇瓶中。

1.4漆酶活力测定[7]

3 mL 反应混合液中，含5 mmol/L ABTS 0.2 mL，醋酸缓冲液（pH值4.0）2.7 mL，粗酶液0.1 mL，以1 min 内催化氧化1 μmol/L ABTS 的酶量为1个酶活单位（U），已知420 nm 处ABTS 的摩尔消光系数为3.6×104 mol/（L·cm）。

1.5蛋白浓度的测定

参照文献[8]进行蛋白浓度测定，以牛血清蛋白作为标准蛋白质。

1.6电泳

SDS-PAGE参照文献[9]进行，分离胶浓度均为10%，SDS-PAGE用考马斯亮蓝R250摇床染色2 h；PAGE 活性染色参照文献[10]略加修改，使用底物分别为ABTS和愈创木酚。

1.7酶的分离与纯化

1.7.1粗酶液的制备收集培养15 d的固体培养物，在固体培养物中加入蒸馏水，每500 mL摇瓶中加200 mL，浸泡 24 h 后用双层滤纸过滤，收集滤液，4 ℃ 10 000 g离心 30 min，收集上清液即粗酶液备用。

1.7.2硫酸铵盐析、透析80%饱和度硫酸铵沉淀，4 ℃静置过夜。10 000 r/min离心20 min，弃去上清，沉淀溶解于蒸馏水中，透析过夜。

1.7.3DEAE-Sepharose Fast Flow 柱层析将上述所得酶液加到已用0. 01 mol/L 磷酸钠缓冲液（PBS 7.0 ）平衡过的DEAE-Sepharose Fast Flow柱（1.8 cm×20 cm），先用PBS洗柱，后改用含0～0.5 mol/L NaCl 的PBS梯度洗脱，合并有酶活组分，将所得溶液冷冻干燥成粉。

1.7.4Sephadex G-100 柱层析将上述所得活力组分的冻干粉溶解于3 ml蒸馏水中，所得酶液加到平衡好的层析柱（2.0 cm×80 cm） 上，用上述缓冲液洗脱。将在280 nm 处有吸收峰的管子收集起来，用ABTS法测量其酶活，将有漆酶活性部分分步收集起来，超滤浓缩至5 mL。

1.7.5活性电泳切胶[10-12]在凝胶两侧中部各切出1 cm×6 cm规格的凝胶条，在漆酶活性染色液（愈创木酚）中进行显色，出现清晰的显色带时立即将其放回原凝胶上所在位置。以两侧凝胶条上对应的显色带为标记，用锋利的刀片切下凝胶上相应的漆酶电泳区带。将切下的凝胶条放入1.5 mL EP管中，用玻璃棒碾碎后加入1 mL去离子水，4 ℃静置浸提过夜，13 000 r/min离心10 min，收集上清液。

1.8酶学性质

1.8.1表观分子量测定SDS-PAGE法测定漆酶的分子量，根据已知分子量的标准蛋白在SDS-PAGE中的相对迁移率Rf，作Rf-lgMr图，求得其分子量。

1.8.2pH值对漆酶活性的影响在pH值2.2～5.0的Na2HPO4-柠檬酸缓冲液中加入ABTS来测定酶活力。

1.8.3温度对漆酶活性的影响在不同温度（25～60 ℃）范围下测定漆酶活力。

1.8.4动力学常数测定在pH值4.0缓冲液中，加不同浓度的ABTS进行反应，以计算酶反应的初速度，作出Lineweaver-Burk双倒数图。

2结果与分析

2.1B1菌株漆酶同工酶

白腐菌B1菌株固体培养15 d后，将其培养物用蒸馏水浸泡，然后过滤收集粗酶液，进行Native-PAGE，然后通过底物ABTS进行活性染色，获得漆酶同工酶酶谱（图1）。在PAGE胶上，B1菌株产生的漆酶同工酶和ABTS发生反应而显现出绿色条带，根据谱带显色速度和条带绿色深浅，可看出条带a的漆酶含量最多（显色速度快，绿色深），而条带d的漆酶含量最少（显色速度慢，绿色浅）；图中有5条清晰的同工酶条带，表明该菌株能合成至少5种不同分子量大小的漆酶同工酶，也可能还有其他同工酶由于表达量较少而用ABTS方法不能显现出来。

2.2漆酶的分离纯化

2.2.1离子交换柱层析和凝胶过滤粗酶液经硫酸铵沉淀、透析、DEAE-Sepharose Fast Flow离子交换柱层析后所得样品比活力为87 962.17 U/mg，纯化倍数为10.35倍，活力回收率为12.90%（表1）。将所得的活性最大的58号、59号和60号收集管中的酶液合并进行回收（图2），经SDS-PAGE电泳检测（图3-a）显示，发现有2条靠得很近的蛋白带，但未见到其他的蛋白条带，表明绝大部分杂质已被除去。将所得样品进行活性电泳显示，这2条蛋白条带分别是B1漆酶的2种同工酶，为获得单一条带，须进一步进行分离。这2种同工酶在同一个峰值收到，且该峰值活力最大，表明这2种同工酶所带的电荷量比较接近。而其他漆酶同工酶由于电荷量不一样，已经被分离开了，但在收集管中酶含量低，故对其他几种漆酶同工酶没有进一步分离纯化。

将粗酶液过离子交换柱后酶活性峰值收集液进行冻干，再进行SephadexG-100凝胶过滤，酶活性峰值出现在第23个收集管中，将其峰值酶液收集，然后用SDS-PAGE检测收集液中漆酶的纯度，Native-PAGE检测蛋白活性，电泳结果（图3-b）显示，峰值收集液仍然存在有2条蛋白条带，且这2条带都显示漆酶的活性，和离子交换柱层析后酶活性峰值收集液的电泳结果一样，这表明该步骤中凝胶过滤的分子筛作用并没有将2种同工酶完全分开，说明B1漆酶的这2种同工酶分子量相差很小。

2.2.2活性电泳切胶为了进一步将这2种同工酶分离开，本研究应用了活性电泳切胶法。将经过SephadexG-100凝胶过滤后峰值收集液冻干后进行活性电泳，用底物（愈创木酚）活性显色后显示出漆酶的同工酶条带，然后用切割凝胶的方法得到漆酶的2个同工酶：Lac1和Lac2。通过SDS-PAGE检测切胶回收后的蛋白，能够检测到单一蛋白条带，表明2种漆酶同工酶已被分离开（图4-A）。其中Lac1的分子量大约为64 ku，而Lac2分子量大约为62 ku，这一结果证明了这2种同工酶的分子量比较接近。活性电泳进一步显示出，2条分离条带都显示出漆酶的活性。从条带的颜色深浅可以看出，Lac1的蛋白浓度比Lac2的高，酶活性要比Lac2高（图4-B和C）。本试验证明通过活性电泳切胶法能将这2种同工酶分离。

2.3漆酶Lac1和Lac2的酶学性质

2.3.1最适pH值以ABTS作底物，在Na2HPO4-柠檬酸作缓冲液的反应体系下，分别检测不同pH值下的酶活性，得到2种同工酶Lac1和Lac2的最适pH值均为2.2左右（图5），由于Na2HPO4-柠檬酸缓冲液的最小pH值为2.2，因此未能比较pH值小于2.2的情况。

2.3.2最适温度由图6可见，Lac1在温度为50 ℃时酶活最高，而Lac2在温度为40 ℃时酶活最高，在20～60 ℃范围内均显示较高的酶活，大于60 ℃时，酶活力下降很快。

2.3.3动力学常数测定采用ABTS作为漆酶反应底物，在30 ℃、pH值 4.0 条件下取不同浓度的ABTS，测定其反应速度（v），用Linewear-Burk作图法，得到1/v与1/[S]的关系曲线见图7，Lac1的Km值为1.952 mmol/L，vmax为3.035 mmol/（L·min），Lac2的Km值为0.255 mmol/L，vmax为0.856 mmol/（L·min），Lac2的Km值要小于Lac1的Km值，表明Lac2对ABTS底物的亲和力比Lac1高。

3结论与讨论

漆酶是一类多酚氧化酶，也是一种含有铜原子的糖蛋白，漆酶广泛分布于以担子菌为主的白腐真菌中，参与木质素的生物降解。多数白腐菌具有2种以上的漆酶同工酶，其同工酶的产生与真菌的遗传因素以及生理发育状况有关，不同的白腐菌产生的同工酶数量会不一样。本试验中的白腐菌Trametes sp.B1在固体培养条件中能产生5条明显的同工酶条带。刘尚旭等报道了糙皮侧耳属不同菌株能产生4～9条同工酶[13]；杨建明等发现毛木耳AP菌株至少产生3种漆酶同工酶[14]；郭伟云等发现云芝菌能产生2种同工酶[15]；同一种属不同菌株中漆酶同工酶谱的变化可以为分类学提供一定的借鉴，方自若等深入研究了侧耳种群不同菌株的漆酶同工酶谱特征，发现这些菌株之间的差异，对于种的分类是很有价值的[16]。漆酶同工酶出现在次生代谢阶段，属于一类诱导酶，在培养条件和营养成分发生变化时，也会影响到同工酶数量的变化。本试验中发现在木质素类固体培养条件下，该菌能产生5条同工酶，而在液体合成培养基中只产生2种同工酶，可能是木质素类对酶的诱导作用而产生的。另外，刘尚旭等认为漆酶活性的高低可能和漆酶同工酶之间存在密切的联系，同时漆酶活性高的条带也许是这个基因易于表达[13]。

很多文献已经报道了多种真菌的漆酶分离纯化，利用蛋白分子量和所带电荷的差异，主要采用2～3步柱层析的方式分离得到。郭伟云等采用DEAE-Sepharose Fast Flow和SephadexG-100凝胶过滤两步柱层析，从云芝菌中得到2种漆酶同工酶，分子量分别是64 ku和60 ku[15]；杨建明等利用硫酸铵分级沉淀和离子交换柱层析，对毛木耳AP菌株的漆酶粗酶液进行纯化，获得了3种分子量不同的漆酶[14]；王方忠从香菇所发酵的粗酶液中，经过丙酮分级沉淀、DEAE-纤维素离子柱层析和Sephadex G-100柱层析，获得了2种漆酶同工酶[17]。这些能分离开的漆酶同工酶，彼此间的蛋白分子量和所带电荷有明显的差异，而在本试验中采用DEAE-Sepharose Fast Flow和SephadexG-100凝胶过滤方式并未能将漆酶的2种同工酶分开，这一结果表明Trametes sp.B1产生的这2种同工酶蛋白分子量和所带电荷差异很小。

切胶纯化法是利用各种蛋白组分在凝胶电泳中由于迁移率不同而彼此分开，然后染色后使目标蛋白在凝胶上显示出来，再将其所处位置的蛋白条带切割下来，并回收凝胶中的目标蛋白，从而达到纯化分离的目的[10]。本研究采用简单的活性电泳切胶法，进一步将这2种同工酶分开，从而避免了复杂的柱层析分离，既快速有效又节省时间。将割下来的胶带用超纯水浸泡，回收的2种浸泡液在SDS-PAGE电泳图中都只显示1条条带，这说明采用此法分离这2种同工酶切实可行。这种方法已经有了很多成功的应用，陈敏等报道了切胶纯化法分离了木质素降解酶[10]。当然这种方法的使用具有一定的局限性，首先需要样品中大量的杂蛋白已被去掉，否则在切胶纯化时得到的蛋白不纯；其次切胶纯化法分离出来的蛋白量较少，回收率不高。本研究中SDS-PAGE染色显示出分离的2条蛋白条带的颜色都比较浅，这表明从凝胶内溶解到水里的只是其中的一部分酶蛋白，有很大部分仍留在原来的凝胶内。检测2种同工酶的回收率，分别为1.82%和2.28%，证明样品回收率较低。如果在以后的研究中能找到一种办法增大凝胶中酶的浸出率，那将对漆酶同工酶的分离纯化带来极大的意义。

多数真菌漆酶最适pH值在3～5之间，而细菌漆酶最适pH值会高一些，甚至可以在pH值5以上，王方忠等分离的漆酶同工酶最适pH值为4左右[17]。本研究分离的2种漆酶同工酶在以ABTS为底物时，最适pH值都在2.2，表明这2种漆酶同工酶可以在偏酸的体系下应用。这2种同工酶最适pH值差异较小，表明在同一种缓冲体系中所带电荷量相似，并且分离的2种漆酶同工酶分子量分别是64 ku左右和 62 ku 左右，也比较接近，这一结果也进一步解释了为什么采用DEAE-Sepharose fast flow和SephadexG-100凝胶过滤方式并不能将其分开。尽管这2种同工酶在最适pH值和分子量上差异较小，但其最适温度和Km值不同，表明2种同工酶本质上有一定的差异。漆酶同工酶的差异主要由2种原因造成，一方面是编码漆酶的基因差异，另一方面是由于基因表达翻译后的糖蛋白修饰。漆酶同工酶在不同的物种和同一种内之间的差异性，表明了漆酶的多样性，这有利于漆酶应用范围的扩大。

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活性炭法 第12篇

1 实验部分

1.1 试剂与仪器

重铬酸钾、七水硫酸亚铁、无水硫酸钠、异丙醇,所有试剂均为分析纯,所有溶液均用去离子水配制。石墨电极、活性炭纤维(ACF)购自南通永通环保科技有限公司。

紫外可见分光光度计(UV-1750),日本岛津公司;扫描电子显微镜(Philips XL30),菲利普公司;分光光度计(WFJ7200),上海尤尼柯仪器有限公司;酸度计(PHS-3C),上海宇隆仪器有限公司;高精度直流稳压电源(ASP3003S-3D),深圳安泰信电子有限公司。

1.2 ACF的预处理

ACF是数千根直径为几微米的单根纤维用有机粘接剂粘在一起的纤维束,同时其表面有油脂等化学成分存在,导致纤维的微孔堵塞,所以对活性炭纤维进行如下预处理:400 ℃灼烧5 min去胶、在50 g/L的NaOH和15 g/L Na2CO3溶液中浸泡0.5 h除油、在200 g/L过硫酸铵和10%的硫酸混合液中浸泡15 min粗化、再用10%的NaOH冲洗数次、异丙醇中浸泡0.5 h,超声波清洗,再用去离子水清洗,烘干,待用[6]。

1.3 电Fenton实验装置

将300 mL浓度为4 mmol/L的甲基橙溶液加入自制的无隔膜电解槽中,以石墨做阳极,将ACF用铂丝固定于带孔的有机玻璃板上做阴极(两电极的有效面积为20 cm2),两电极之间距离为3 cm,向阴极通以空气(气体的体积流量为0.1 m3/h)。用稀硫酸和氢氧化钠溶液调节溶液的pH至3左右,再加入一定量的硫酸亚铁溶液,以硫酸钠为支持电解质,以5~20 V恒压直流电解。定时取样,样品经离心分离后去上清液用紫外可见风光光度计扫描,并在其最大吸收波长处测其吸光度值。

1.4 分析方法

用去离子水配置不同浓度的甲基橙溶液,调节pH至3左右,以去离子水做参比,在510 nm测定甲基橙的吸光度。根据反应前后样品的吸光度变化求得脱色率,计算公式:

脱色率(%)=(A0-At)/A0×100%

式中:A0——反应前溶液的吸光度值

At——反应t min时溶液的吸光度值

2 结果与讨论

2.1 表征结果分析

从图1可以看到,ACF表面光滑平整,具有丰富的微孔结构,且孔径很窄,直接暴露于纤维的表面,这可以有效的增大与氧气的接触面积,促进H2O2的生成。

2.2 降解甲基橙的影响因素

2.2.1 溶液 pH值对甲基橙降解的影响

对于电催化氧化实验来讲,溶液的初始pH值对染料的降解率有很大的影响[5]。研究表明,甲基橙水溶液具有酸碱指示剂的典型特征,其分子结构与颜色均随水溶液的pH值而变化:在酸性条件下(pH<3)条件下为醌式结构,溶液外观呈红色;在碱性条件下为偶氮结构,溶液外观呈黄色,相对于偶氮式结构,醌式结构的甲基橙更容易发生脱氮降解[7]。并且溶液在有H+存在条件下才有利于H2O2的生成,提高·OH的产生,反而当pH值升高到碱性条件时,溶液中的Fe2+和Fe3+以氢氧化物的形式形成絮凝物,虽有一定的电絮凝作用,但大量的絮凝物附着在电极表面,不仅使Fe2+失去催化活性而且影响电极的作用效果,阻碍Fenton反应。据文献报道[8],Fenton试剂一般在pH为3.0~5.0范围下进行,此时的自由基生成率最大。

图2为在电压为8 V,电解质浓度为35 mmol/ L,Fe2+的浓度为0.2 mmol/L、初始pH值分别为2、3、4、5、6时电解30 min脱色情况如图2所示。

从图2可以看出,pH值为3时,甲基橙的脱色率最大,反应进行30 min脱色率已经达到78.83%。随着pH值的升高,脱色率出现减小的趋势,直到pH值为6时,脱色率减小到59.68%,变化幅度很小约为0.83%。 pH值为2时,溶液中的H+浓度过高,电极表面析氢反应剧烈,影响H2O2的生成而使反应受阻,所以实验选择在pH值为3时进行。

2.2.2 电压对甲基橙降解的影响

本实验在初始pH值为3、Fe2+浓度为0.2 mmol/L、电解质浓度为35 mmol/L的条件下,测定不同的电压(5 V、8 V、11 V、15 V、20 V)下对甲基橙的电解情况,反应总时间为120 min,如图3所示。

从图3可以看出随着反应时间的延长,整体的脱色率都有升高的趋势。反应的前30 min,脱色率随着电压的增大而增大,电压为5 V时,对应时间段的脱色率比其他条件下都低,当电压从5 V增加到8 V时,脱色率的增加幅度较大,反应30 min增加了大约25.81 %,当电压从11 V增加到20 V时,反应60 min脱色率不但没有增加反而下降了8.6 %。这可能是因为电压低时,电流强度小,O2在阴极上发生还原反应生成的H2O2量较少,进而影响了溶液中·OH的产生,之后随着电压的增大,加快了溶液中的氧化的速度,脱色率增加,当电压继续增大时,产生的·OH没有被用于充分的氧化有机物,同时大量的能耗消耗于阴阳极的析氢析氧副反应,电极表面有气泡产生,溶液中有絮凝物产生,从而使脱色率降低。当电压为8 V时,反应前30 min甲基橙的脱色率上升很快,在50 min时已达到95.7 %,甲基橙的脱色效果显著,所以最佳电压选择为8 V。

2.2.3 Fe2+浓度对脱色率的影响

本实验在初始pH值为3、电压为8 V、电解质浓度为35 mmol/L的条件下,测得不同的Fe2+浓度(0.1、0.2、0.3、0.4、0.5 mmol/L)下对甲基橙的电解情况,反应总时间为为120 min,如图4所示。

由图4可知,随着Fe2+浓度的增高,脱色率迅速增加,在硫酸亚铁的量为0.1 mmol/时,反应10 min后的脱色率仍然高达35.78 %。当硫酸亚铁浓度为0.2 mmol/L时,脱色率升高较快,反应50 min时脱色率已达到95 %以上;此后,随着Fe2+的浓度进一步的增加,脱色率有略微下降的趋势,这可能是溶液中同时出现了更多的Fe3+,使反应溶液的色度加深,产生了二次污染,增加了色度去除的难度。从图中可以看出,Fe2+浓度0.2 mmol/L和0.3 mmol/L时甲基橙的脱色率基本相等,所以本实验选取最佳Fe2+浓度为0.2 mmol/L。

2.2.4 电解时间对脱色率的影响

在电压为8 V、溶液pH值为3,硫酸亚铁和硫酸钠的浓度分别为0.2 mmol/L和35 mmol/L的实验条件下,考察了电解时间对不同初始浓度的甲基橙溶液脱色率的影响,结果如图5所示。

由图5可知,在电解的初始阶段,各浓度的甲基橙溶液脱色率均快速的升高,到反应进行了50 min后,随着电解的继续进行,脱色率增加的幅度逐渐减小,曲线上升速度趋于缓慢。图6为初始浓度为4 mmol/L的甲基橙溶液在不同反应时间的紫外-可见光谱图。pH为3时甲基橙呈醌式结构,由图6可知,处理前甲基橙溶液在可见光区500 nm附近有一明显的吸收峰,并且在反应开始30 min内,衰减的很快,在反应进行90 min后,其在可见光区的吸收峰基本消失,说明甲基橙结构中的共轭发色体系已基本被破坏;在近紫外区320 nm附近有一小的吸收峰,这是苯环等不饱和结构引起的,在反应发生30 min时,吸收峰有增加,这可能是因为甲基橙大分子结构转化为一些小分子有机物在此处有吸收所致, 30 min后随着反应时间的增加吸收峰在不断地衰减;在200~250 nm处的吸收峰是甲基橙在降解为一些小的中间产物的过程中在此处有吸收所致,且随着时间的增加而增加,表明存在含有一个K带共轭体系,如共轭二烯或不饱和醛酮结构[9]。由此可推测甲基橙的脱色机理为氧化反应:醌式结构的甲基橙被氧化为苯醌、对氨基苯磺酸等结构的小分子物质[10]。

2.3 甲基橙溶液降解的动力学研究

甲基橙溶液的降解动力学方程可由一下的方程进行描述:

-dc/dt=kcn

式中:c——溶液中甲基橙的浓度

n——反应级数

t——反应时间

k——反应速率常数

由图5可知,甲基橙的降解分为两个时间段考虑,分别用一级反应动力学来描述,因此n取值1,对其定积分可得ln(c0/ct)=kt=ln(A0/At)。以甲基橙吸光度比的对数ln(A0/At)为纵坐标,反应时间t为横坐标作图(如图7)。

由图7可知,甲基橙的脱色降解符合1级反应动力学。反应的第一阶段(前50 min),通过线性拟合得ln(A0/At)=0.0668t+0.1233,拟合速率常数k为0.0668 min-1,其中线性关系系数R=0.9976。反应第二个阶段(50 min~110 min),通过线性拟合得ln(A0/At)=0.0237t+2.2912,拟合速率常数k为0.0237 min-1,其中线性关系系数R=0.9858。这说明甲基橙降解前50 min的反应速率很快。

3 结 论

(1)实验在pH值为3、电压为8 V、硫酸亚铁的浓度为0.2 mmol/L、反应时间为90 min时甲基橙的降解效果显著。

(2)活性炭纤维做阴极电Fenton降解甲基橙溶液符合一级反应动力学。

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