活性炭国家专精特新“小巨人”企业活性炭产学研合作

　　活性炭吸附煤气化废水的性能

　　现代煤化工大多数位于水资源匮乏的干旱半干旱地区。通过对废水进行合理的处理，回用甚至零排放来实现资源的利用，解决了该行业的水资源问题，实现了该行业的高质量发展。零排放废水技术的发展和应用正在逐步扩大，但也面临着结晶盐处理的问题，特别是结晶盐中有机物含量高，无法再利用。原因与原水的质量和预处理过程有关。煤气化是现代煤化工的典型代表。取决于气化技术，废水的水质和水量变化很大。其中，煤气化废水中酚，烷烃和杂环有机物的含量较高，苯酚的相对含量高达57.86%，化学需氧量浓度较高。必须对这类废水进行有效处理，排放达到标准，甚至排放的液体为零，以促进现代煤化工的绿色可持续发展。

　　煤气化废水与焦化废水相似，后者是含苯酚的废水，其中含有吲哚，喹啉和其他稠环有机污染物。这些物质虽然含量不大，但毒性作用较大，化学结构稳定性较高，生物降解性较差，无法实现分子结构的开环和断链，不能满足厌氧，好氧常规工艺的加工要求。为了保证出水水质，各种强化处理方法已逐渐成为煤气化废水处理技术的研究热点。经过长期研究和使用多种材料，制备了用于煤气化废水的秸秆基活性炭负载金属铁氧化物臭氧催化剂。随着产生更多的羟基自由基，有效去除了COD，氰化物和苯酚。分别提高了55.5、46.5和85.5%的处理废水的生物降解性，并降低了毒性。使用MBR膜生物反应器结合活性炭增强系统来处理煤气化废水。

　　模拟活性炭典型有机污染物的静态吸附

　　基于活性炭出色的吸附性能，研究了活性炭对典型污染物苯酚，吲哚和喹啉在煤气化废水中的吸附性能，并分析了其在单基质和共基质条件下的吸附性能。根据吲哚和喹啉的紫外吸收光谱特性，测量波长分别为270nm和277nm。称取0.500g苯酚，吲哚和喹啉，并带有分析天平，然后将它们溶于1L容量瓶中，制成浓度为500mg/L的储备液。将储备溶液制备为7种不同浓度的标准溶液，包括0mg/L，10mg/L，20mg/L，25mg/L，30mg/L，40mg/L，50mg/L，并在256nm，270nm，277nm波长下运行测量吸光度并绘制标准曲线。

　　图1：吲哚的标准曲线。

　　共底物的吸附测试

　　在混合共底物条件下进行有机物吸附试验，苯酚，吲哚和喹啉的浓度均为50mg/L，污染物的总浓度为150mg/L。根据静态吸附方法，共底物的吸附温度为25℃，活性炭用量为10g/L，5g/L，2.86g/L(水炭比350：1)，1g/L。单基材静态吸附测试。

　　图2：喹啉标准曲线。

　　试验结果表明，在混合基质条件下，三种有机物的吸附率均低于单一有机物基质的吸附率，表明三种有机物具有竞争性吸附，三种有机物的竞争顺序是苯酚>吲哚>喹啉。活性炭中的表面官能团可以与苯酚结合，芳环形成键，吸附能力强。吲哚是弱芳香族的，对活性炭具有更大的亲和力，并且在吸附方面更稳定。研究了活性炭对苯酚和吲哚混合物的吸附，表明苯酚比吲哚更容易吸附。在低浓度的苯酚存在下，由于活性炭的表面，由于活性炭的特性，活性炭对吲哚的吸附能力更高，对吲哚(一种难于生物降解的杂环化合物)的吸附能力更强。综合分析表明，活性炭对苯酚和吲哚具有很强的吸附选择性。

　　活性炭对煤气化废水的吸附分析

　　本次使用的活性炭具有大量的中孔，其孔径与煤气化废水中目标污染物的分子直径匹配，有利于吸附。活性炭吸附后，COD和色度降低，水质得到明显改善。根据竞争性吸附的特点，对特征酚和吲哚的选择性吸附能力较强，这与吸附位的竞争和孔堵塞理论有关。从系统的平衡浓度和吸附容量的角度来看，活性炭在三种物质的吸附孔径和位点上具有不同的优势。苯酚的吸附分析在单一基质和共基质条件下，吲哚和喹啉显示出活性炭具有不同的吸附孔尺寸和吲哚位置。吲哚的选择性吸附能力较强。

　　活性炭吸附煤气化废水，在相同的初始浓度和单一底物条件下，苯酚，吲哚和喹啉的平衡浓度将随着剂量的增加而逐渐降低。实验结果表明，在三种有机物中，活性炭对苯酚的吸附能力最强，而对喹啉的吸附能力却相对较低。在混合基质条件下，活性炭对苯酚和吲哚具有很强的吸附选择性。

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