活性炭国家专精特新“小巨人”企业活性炭产学研合作

　　在具有高化学氧需求和复杂的组合物机械加工中需要使用大量的切削液，所产生的废液是难以降解的。使用传统的物理和生物方法难以控制这种浪费，为了解决加工过程中产生的切削液废料的高化学氧需求(COD)问题，其复杂的成分，以及处理过程所需的特定条件。本期我们使用纳米铁制成的活性炭。经过多级化学预处理，使得活性炭能用于有效地处理切削液废物。

　　切削液的处理方法有分离，化学处理，生物降解和高级氧化方法来处理废液。在这些方法中，凝聚-高级氧化方法比其他的效果好。活性炭被用于催化剂载体的优点有高度发达的微孔结构，吸附容量大，活性炭对非极性或弱极性有机物具有强吸附能力，由于其结构和表面化学多样性，活性炭提高了催化剂的稳定性和可能的​​再利用。

　　活性炭样品使用活性炭和零价铁纳米颗粒的性质制备。经过多阶段化学预处理以产生活性炭/H 2 O 2的流程。在不同条件下研究了活性炭/H 2 O 体系与传统絮凝体系相比的效果，以确定pH，催化剂量，H 2 O 2剂量和反应时间的影响。结果表明，用多级化学预处理活性炭/H 2 O 2处理后切削液废物中COD降低了99.8%与传统的处理方法相比，活性炭具有更宽的pH值范围。处理后的废物符合废水排放标准。

　　切削液废物处理实验

　　选择活性炭和其他试剂用于第一次化学预处理的实验

　　活性炭和聚硅酸铁(PFS)是带正电荷的无机高分子絮凝剂，能有效中和油滴表面的负电荷，促进凝结。PAM是一种线性有机聚合物，用作大分子水处理絮凝剂，用于吸附水中的悬浮颗粒。它将细颗粒连接成大块絮凝物并加速沉淀。根据测试方法添加，活性炭负载铁的第一次化学预处理的结果如图1所示。

　　图1：四种絮凝预处理的比较。

　　凝结剂的组合有效地降低了油滴之间的静电排斥并加强了油和水的分离。凝结剂的一些组合可以改变油滴上的电荷，产生再稳定化或胶体凝结剂现象，导致切削液COD稳定或增加。实验结果的分析表明，活性炭+PAM的处理效果比较好。

　　絮凝实验的优化和结果

　　在絮凝实验中，pH值，絮凝剂添加量和反应温度是影响COD去除率的主要因素。为了确定切削液废物处理影响的因素和相互作用，进行了响应面分析。不同活性炭浓度和改变pH和反应温度对COD去除速率的影响的响应面分别如图2a，b所示。絮凝前后切削液水样的比较如图2c所示。

　　图2：(a)不同浓度的活性炭对COD去除率的影响的响应面，(b)反应温度对COD去除率的影响，(c)絮凝前后水样的比较。

　　在活性炭负载铁离子的初级絮凝预处理后，滤液含有少量杂质。研究了PFS絮凝剂对过滤废物的影响。使用单因素实验选择pH值和PFS添加量(图3a，b)。原始溶液与初级和次级絮凝后的溶液的视觉比较显示在图3c中。

　　图3：(a)pH对COD去除速率的影响，(b)PFS添加对去除COD的影响，(c)原始溶液与初级和次级絮凝后的溶液之间的视觉比较。

　　反应条件对使用活性炭催化剂处理切削液废料的影响

　　图4中(a)pH对使用活性炭去除COD的速率的影响，(b)pH对使用传统方法去除COD的速率的影响，(c)活性炭添加对去除COD的影响，(d)添加H 2 O 2对COD去除率的影响，(e)活性炭在多次运行中的性能，(f)实物图片中(1)未处理的切削液，(2)初次絮凝后的混合物，(3)二次絮凝后的混合物，(4)传统处理后的混合物，和(5)活性炭处理后的混合物。

　　图4：各种反应条件对切削液废料的影响。

　　经过5次循环再循环催化剂后，COD去除率达到82%，表明催化剂具有良好的稳定性。而且，在每次再循环试验之前不需要进行化学预处理。将混合物静置，然后过滤以分离固-液相。然后用蒸馏水冲洗催化剂并干燥以用于下一个实验。因此，本实验制备的活性炭催化剂具有良好的催化性能和稳定性，可以简单回收，易于制备。

　　实验结果

　　使用多级化学预处理制成的活性炭处理切削废液。初级絮凝的预处理条件包括活性炭(10%，90 mL/L)和PAM(0.3%，10 mL/L)。絮凝和破乳后COD去除率为79%。在pH7下使用PFS(0.3%)进行二次絮凝后，COD去除率为85%。经多阶段化学预处理后，最佳条件为pH5，H 2 O 2浓度20 mmol/L，活性炭浓度6g/L，COD去除率为99.8%，经处理后符合废水排放标准的液体。

　　活性炭在中性pH条件下H 2 O 2活化以催化切削液的降解，在五次重复后COD去除率高达82%。在2-12的pH范围内实现了高催化活性，提高了pH反应范围并提高了工业环境中切削液废物处理的效率。

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