活性炭处理铬黑T实验室废液的试验研究

第 37 卷第 6 期 2008 年12 月
当代化工 Contemporary Chemical Industry
Vo1.37，No.6 December，2008
利用活性炭处理铬黑 T 实验室 废液的试验研究 *
刘 靖 1，王俊杰 2，姜敬国 1，刘恒明 1，孔 亮 1，刘长发 1
（1. 大连水产学院海洋环境工程学院，辽宁省高校近岸海洋环境科学与技术重点实验室，辽宁 大连
5
2
2
3
1
96.60
6
2
3
1
2
75.65
7
3
1
3
2
78.32
8
3
2
1
3
89.45
9
3
3
2
1
83.44
Ⅰ 84.317 80.657 83.227 88.207
II 83.773 92.743 84.897 82.050
III 83.737 78.427 83.703 81.570
R
0.580 14.316 1.670
2 单一因素对脱色效果的影响
活性炭吸附力的强弱，与活性炭用量，溶液 的 pH 值，接触时间、铬黑 T 的浓度等因素有关[4]。 活性炭对铬黑 T 废液进行吸附时，外扩散（液膜扩 散）速度对吸附有影响，所以吸附装置的形式、接触 时间（通水速度）等因素，对吸附效果都有影响[5]。 2.1 活性炭用量对铬黑 T 脱色效果的影响
1
0.5
90
10
2
2
1.0
100
15
3
3
1.5
110
20
4
注：W 为 500 mL 中的 g 数
按正交表 L（9 34）设计 9 次正交实验 ，结果 列于表 2。
3 结果与分析
3.1 极差分析 根据所测数据极差分析，可以判断出活性炭
用量、搅拌时间、铬黑 T 浓度、pH 等因素对铬黑 T 废液脱色率的影响程度。从表 2 可以看出影响 脱色率的主次关系为：t＞pH＞C＞W。较优脱色 条件为 W1t2C2pH1。即活性炭用量为 1 000 mg/L， 搅 拌 时 间 为 100 min， 铬 黑 T 质 量 浓 度 为 15 mg/L，pH 为 2。 3.2 验证实验
根 据 单 一 因 素 对 脱 色 率 的 影 响 确 定 出 L9 （34）即 4 因素 3 水平进行正交试验。
表 1 正交实验的水平及因素表 Table 1 The factor level of antistaling
活性炭 搅拌时间 铬黑 T 质量浓
水平 用量 W/g t/min
度 C/(mg·L-1) 酸度 pH
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刘 靖，等：利用活性炭处理铬黑 T 实验室废液的试验研究
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性炭前、后的吸光光度值。通过公式计算出不同 浓度下活性炭对铬黑 T 脱色率的影响。其计算 公式如下：
脱色率 = A0 - A1 ×100% A0
式中：A0—活性炭吸附前的吸光度值； A1—活性炭吸附后的吸光度值。
1.2.4 利用盐酸对活性炭（GAC）进行预处理 为提高活性炭吸附性能，活性炭在使用前要
脱色，脱色率都达到 90%以上。
关 键 词： 活性炭；铬黑 T；实验废液；吸附
中图分类号： X 703 文献标识码： A 文章编号： 1671- 0460（2008）06- 0634- 04
各高等院校及科研单位教学、研究工作中会 产生一定数量的实验室废液，现在大多自由排 放，属无组织排放性质[1]。具有代表性的一些染 色废液，如不及时处理而排放到下水管，将影响 城市管网系统。目前，我国对各高等院校实验室 废 液 排 放 、防 污 染 处 理 方 面 , 还 没 见 有 采 取 积 极 有效措施的报导，这方面的研究工作做的也相对 较少。铬黑 T 是络合滴定中常用的一种指示剂， 是一种偶氮类化合物，毒性较大，能引发多种癌 症及并发症。它溶于水和醇类物质。实验室产生 的铬黑 T 废液浓度虽不是很高，但如不及时处 理，而排放到下水管中，将给整个城市管网系统 造成极大危害[2]。本试验选取活性炭对铬黑 T 废 液进行吸附、脱色试验，找出活性炭对铬黑 T 实 验室废液脱色的最佳条件。
在配制好的 500 mL （质量浓度为 10 mg/L） 的铬黑 T 模拟废水中加入 1 g 活性炭，以 250 r/min 的转速，用六连电动搅拌器搅拌，分别吸附 脱色 20，60，…，120 min 后，分别以 4 000 r/min 转速离心 10 min。试验结果见图 2。
图 2 搅拌时间对脱色率的影响 Fig.2 Effect of mixing time on black T（EBT）elimination
（EBT）elimination
试验证明最佳的活性炭质量浓度范围为： 10～15 mg/L。
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当代化工
第 37 卷第 6 期
2.4 pH 值影响 配制 5 份不同的 10 mg/L 铬黑 T 模拟废液
500 mL， 调 节 pH：2.02，3.01，6.22，9.96，12.09 后，各加入 1 g 活性炭，用六连电动搅拌器搅拌 1 h， 以 4 000 r/min 转速进行离心 10 min。试验结果 见图 4。
铬黑 T（分析纯）、颗粒活性炭（GAC）（化学 纯）、氢氧化钠（分析纯）、（1+1）盐酸等。 1.2 实验方法 1.2.1 确定铬黑 T 最大吸收波长
绘制络黑 T 模拟废液吸收曲线。选取络黑 T 模拟废液的最大吸收波长。配制 10 mg/L 的络黑 T 模拟废液 100 mL。用 721E 型分光光度计，以 纯水做参比，在 450～600 nm 范围内，每隔 10 nm 测一个吸光度值 A，根据数值选取出最大吸收波 长。 1.2.2 绘制铬黑 T 模拟废水标准曲线
在配制好的 500 mL （质量浓度为 10 mg/L） 的铬黑 T 模拟废水中，分别加入活性炭 0.5，1， …，3 g ，然后用六连电动搅拌器以 250 r/mn 的转 速搅拌脱色吸附 1 h 后，分别以 4 000 r/min 转速 进行离心 10 min。试验结果见图 1。
试验证明，较佳的活性炭用量范围为：0.5～ 1.5 g。 2.2 活性炭吸附时间对铬黑 T 脱色率效果影响
配制质量浓度为 2，4，…，14 mg/L 的络黑 T 标准溶液，在最大吸收波长下，分别测出吸光光 度值。推出标准曲线方程。 1.2.3 计算公式
分别测出不同浓度络黑 T 模拟废水加入活
* 基金项目：国家 863 项目资助（2007AA10Z410） 收稿日期：2008-11-10 作者简介：刘 靖（1968—），女，高级工程师，沈阳化工学院毕业，研究领域及主要研究方向：化学实验技术，水质分析，废水处理技术。 电话：0411- 88352646，E- mail：greenlj@。
在实验室收集了含铬黑 T 的真实实验室废
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2008 年 12 月
李 宁：基于 MATLAB 优化的数据校正方法
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[3] 许国根，等．MATLAB 在化学中的应用[M]．西安：西安 交通大学出版社，2005．
[4] Markus Schladt ，Bei Hu . Soft sensors based on nonlinear steady- state data reconciliation in the process industry[J] ． Chemical Engineering and Processing，2007，46：1107- 1115．
1 实验部分
1.1 实验仪器及药品 1.1.1 仪 器
JJ- 4A 型六连电动搅拌器、大容量离心机、 721E 型分光光度计、pH 计、分析天平；其他还有 1 000 mL 容量瓶、1 L 烧杯 等。
主要仪器性能：JJ- 4A 型六连电动搅拌器增加了 光照、自动升降 、数字显示等功能；搅拌棒选用 不锈钢材料，有优越的抗腐性能，操作简便，运转 平稳；无级调速，能多点，同速地对高粘度溶液进 行强有力的搅拌和作对比试验。 1.1.2 药 品
[5] Jeffrey Dean Kelly ． Reconciliation of process data using other projection matrices [ J ] ． Computers and Chemical Engineering，1999，23：785- 789．
[6] Jeffrey Dean Kelly ． Techniques for solving in dustrial nonlinear data reconciliation problems [ J ] ． Computers and Chemical Engineering，2004，28：2837- 2843．
图 1 活性炭用量对脱色率的影响 Fig.1 Effect of activated carbon amount on black T（EBT）
elimination
图 3 活性炭浓度对脱色率的影响 Fig.3 Effect of activated carbon concentration on black T
采用最佳脱色条件，对铬黑 T 模拟废液做平 行 实 验 得 出 脱 色 率 。 分 别 为 ：97.71% ，96.65% ， 98.01%，平均值为 97.46%。得出脱色率都较高， 说明在此条件下，活性炭发挥出了最佳吸附效 能，证明此脱色条件是可信的，试验是成功的。 3.3 对比实验
对比通过盐酸预处理过的和未经盐酸预处 理过的（GAC）活性炭分别对铬黑 T 模拟废液进 行吸附脱色处理，得出的脱色率分别为 97.21% 和 43.55% 。因此经盐酸预处理后的活性炭脱色 吸附性能大大增加，能充分发挥活性炭的脱色性 能，达到节省使用（GAC）活性炭成本的目的。 3.4 效 果