活性炭国家专精特新“小巨人”企业活性炭产学研合作

　　活性炭去除甲醇介质中的苯

　　挥发性有机化合物(VOC)排放量的增加离不开迅速发展的工业，苯毒性比较强、易挥发、溶解性很强的VOC之一，很容易被引入水体。在石化行业的许多排放物都会用苯污染生态系统。此外，地下储油罐泄漏和油井、炼油厂和运输泄漏等自然事故增加了这种物质在环境中的存在。吸附技术是去除空气中VOC 污染的最有前途的方法之一，因为它们简单、便宜且节能，吸附剂一般用的特制的活性炭。基本处理方法经过了三个步骤相结合的方法从甲醇介质中去除苯。该技术包括使用活性炭 进行吸附、使用甲醇解吸以获得高浓度溶液以及使用特殊电极对其进行电化学处理。

　　电化学氧化

　　制备含有300mg/L-1苯的甲醇溶液和含有50mmol/L-1电解质(H2SO4)的水介质，以确定污染物的去除效率。初始pH值约为1.5，在电化学过程测试期间未观察到显着变化。使用包含电极作为阳极和钛板作为阴极的单隔室压滤流动池(在图1中详细表示)进行电解，其具有13.5cm2的明显几何面积。两个电极由垫片隔开，距离为4毫米。使用含有1L溶液的夹套玻璃容器，蠕动泵以1L/min-1的速度将溶液泵入热交换器，然后循环通过电池。使用恒温浴将温度控制在25℃。在恒电流模式下以50mA/cm-2的电流密度进行电解。使用前，将阳极在H 2 SO4/0.05mol/L-1溶液中以40mA/cm-2极化20分钟， 以从其表面去除任何杂质。电化学实验一式三份进行。

　　图1：实验测试装置。

　　吸附能力测试

　　苯在甲醇或纯水作为溶剂的样品评估活性炭的吸附能力。苯溶液与不同量的活性炭(从0.01到0.50g)混合以获得不同的吸附曲线。实验在250mL的密封硼硅酸盐玻璃瓶中进行，并置于25℃的恒温浴中。将溶液在180rpm 的磁力搅拌下保持48小时以确保达到热力学平衡。解吸测试以类似的程序进行：过滤水溶液，将吸附的含有苯的活性炭与30mL甲醇混合。零电荷点(pHpzc)的pH值由pH漂移法确定。

　　活性炭的实际吸附效果

　　活性炭对苯在水溶液中的吸附测试结果。从图2a 中可以看出，在最少数量的活性炭的情况下大约5小时的实验后达到热力学平衡，而对于含有大量吸附剂的瓶子，在2.5小时后达到热力学平衡。正如预期的那样，增加活性炭的量会降低平衡时的浓度。值得注意的是，在气相中也达到了热力学平衡(图2b)，遵循相同的溶液曲线。有趣的是，气相和液相中的浓度是成比例的。当使用0.500g活性炭时，苯的最大吸附量接近25mg，如在图2c，0.010g活性炭的最小用量为15mg。

　　图2：苯浓度随水溶液(a)气相苯浓度 (挥发) (b) 和吸附在活性炭中的苯质量 (c) 在不同活性炭的水溶液中的吸附测试期间衰减。

　　在甲醇溶液中进行的实验的情况下，在添加的任何不同量的活性炭中吸附的苯量为零。事实上，在分析化学实验室中，甲醇通常用于从活性炭中解吸有机物，并且对结果的分析证明，这种溶剂可以非常有效地从活性炭中解吸苯。值得注意的是，在甲醇溶液的情况下，气相中苯的量比在水介质中进行的实验要少得多。在甲醇溶液中，气相中的浓度与水溶液中的浓度一样低。除此之外，水溶液中两种浓度之间的比例是显而易见的。考虑到这些结果，在甲醇介质中对苯进行电化学处理是非常有前景的，因为较少量的苯可以进入大气。

　　苯在水中和甲醇中的等温线(吸附在活性炭上的苯量 (qe ) 与溶液中苯的平衡浓度(Ce)的关系)如图3a所示。在水中的保留能力大于在甲醇中的保留能力。这意味着甲醇是一种非常好的溶剂，可以将吸附在活性炭上的苯从污染的水中解吸出来，从而生成高浓度的溶液。这在使用甲醇的解吸测试中得到证实，如图3所示。用甲醇非常迅速地从活性炭中解吸全部量的苯，经过6小时的实验，解吸步骤达到热力学平衡。这意味着污染物可以在甲醇中预先浓缩，这种溶液可以在以后用于降解污染物。这项技术已被证明是非常有用的。

　　图3：苯在水和甲醇中的吸附等温线(a)和苯(b)在0.030L甲醇中不同量的活性炭中的吸附等温线。左轴甲醇上的苯浓度和右轴活性炭中剩余的苯质量。

　　活性炭去除甲醇介质中的苯，用实际证明了这三种组合工艺处理受苯污染的废水的可行性。主要结论如下，甲醇溶液中的活性炭上没有苯吸附。这证明甲醇是一种非常好的解吸污染物的溶剂。通过加热步骤将污染物脱附后，活性炭可以回收再利用，并且该过程在经过三个吸附/脱附步骤后其吸附能力没有变化。用甲醇解吸后，得到高浓度污染物的溶液。该溶液可以通过电化学过程进行有效处理，通过矿化和转化为其他副产品去除大部分污染物。考虑到动力学，电化学处理从甲醇溶液中去除苯的性能与在水中的处理没有太大差异，但能耗更大。此外，如果在电解中使用非水溶剂，则生产高附加值产品可能是矿化的有希望的替代方案。

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