前言
隨著染料與印染工業(yè)的發(fā)展,其生產(chǎn)廢水已成為當前最重要的水體污染源之一。這類廢水具有顏色深,COD、BOD值較高,組成復(fù)雜多變,排放量大,分布面廣,難降解等特點,若不經(jīng)處理,直接排放將給生態(tài)環(huán)境帶來嚴重危害。染料廢水處理主要有化學(xué)法、生化法及物理化學(xué)法[1]。活性炭是多孔性物質(zhì)，且具有很大的比表面積，使目前最有效的吸附劑之一。能有效地去除廢水的色度、COD.[2]對于一些難以生化降解、成分復(fù)雜的染料廢水，如偶氮染料廢水等，可以以活性炭吸附的方法進行脫色處理。[3]
1. 活性炭吸附法
活性炭吸附法是一種應(yīng)用較早的方法.該法對去除水中溶解性有機物非常有效.但它再生比較困難,處理成本較高,因此應(yīng)用面窄.一般可用于濃度較低的染料廢水處理或深度處理.[4]
1.1 活性炭對不同染料的吸附
對于印染工業(yè)，活性炭能有效去除廢水中的活性染料、酸性染料、堿性染料、偶氮染料。活性炭在吸附水溶性染料時吸附率高，但不能吸附懸浮固體和不溶性染料。[5]
現(xiàn)時國內(nèi)對多種染料進行活性炭吸附，其中對紅色、黑色的染料研究較多，如酸性品紅、堿性品紅、活性艷紅、活性黑、耐曬黑等等，普遍的脫色率達90%以上[2]、[6]、[7]。
不同的染料吸附的平衡時間也不一樣，并在吸附動力學(xué)上有不同的表現(xiàn)。活性炭使一些染料脫色能較快達到平衡，一些則需要較長時間，平衡時間由3h到17h不等。[2]另外，各種染料的吸附等溫線一般都符合 Frendlich方程。[2]、[4]、[6]
1.2 pH值對活性炭吸附染料的影響
幾乎所有研究活性炭對染料吸附影響因素的文獻都對pH值對活性炭吸附染料的影響作了實驗分析。pH對活性炭吸附染料的影響不能一概而論，其結(jié)果與染料廢水本身的組成與性質(zhì)有關(guān).例如，酸性染料的脫色率會隨pH增加而降低，堿性染料的脫色率則會隨pH增加而增加，而pH呈中性的染料的脫色率跟pH值的變化沒有太大的關(guān)系。但總體說來，pH值對活性炭吸附染料無任何影響或影響不大。
如在研究活性炭對酸性品紅、堿性品紅、活性黑的吸附得出，染料廢水的 pH值在 2～11之間變化時 , 酸性品紅、堿性品紅、活性黑B-113 的脫色率分別在91% ～95%、97. 5% ～100%、92. 5% ～97. 5%之間變化.從整體來看 , pH值的變化對廢水脫色率沒有太大的影響。[2]
1.3 其它因素對活性炭吸附染料的影響
除了染料種類和pH值以外，還有其它一些會影響對活性炭吸附染料的因素，比如活性炭的的孔徑分布、形態(tài)、加入量、吸附時間、溫度等。
近年來，很多科學(xué)家通過對活性炭吸附過程的進一步深入了解，在吸附機理和活性炭預(yù)處理技術(shù)方面都取得了很大的進展。G.M.Walker 等研究了3種酸性染料在活性炭上的吸附行為, 發(fā)現(xiàn)只有 14%的比表面積發(fā)揮了吸附作用,一方面原因是由于存在多分子層的吸附,另一方面原因是活性炭中很多微孔孔徑太小,不能吸附染料大分子,同時,Tamai Hisashi等也證實了中孔較多的活性炭易吸附染料分子,主要原因是中孔不僅對吸附有貢獻,同時也為吸附質(zhì)的擴散提供了寬敞的通道.[4]這說明活性炭孔徑小，雖然會有較大的比表面積，但是如果孔徑過小，對于吸附大分子染料是不利的。
同時，不同的活性炭存在的形態(tài)對于吸附作用也是有影響的。活性炭多見有粉末狀、顆粒狀的，現(xiàn)在也有使用活性炭纖維作為吸附材料。[8]
總體說來，活性炭越多，吸附效果越好；對于不同的染料有不同的最佳加入量，掌握最佳的加入量，[2]一來可以達到好的吸附效果，二來節(jié)省原料。
實踐證明，在一定范圍內(nèi)，溫度越高，吸附效率越高[2]，這與染料顆粒熱運動頻繁，碰撞幾率上升有關(guān)。
2. 活性炭吸附處理染料廢水的耦合方法
雖然活性炭是目前最有效的吸附劑之一，能有效去除色度和COD,但是大多數(shù)是和其它工藝耦合的。活性炭吸附多用于深度處理或?qū)⒒钚蕴孔鳛檩d體和催化劑，單獨使用活性炭處理較高濃度的染料廢水的研究很少。
2.1 以活性炭纖維作為載體的染料廢水處理法
對酸性染料和直接染料廢水，選用不銹鋼加活性炭作為催化電極，利用其導(dǎo)電、吸附、催化等綜合性能及染料分子的自由基被氧化、絮凝的原理處理染料廢水。電解時，陽極的不銹鋼逐漸溶解，同時廢水中的染料分子的自由基被氧化、聚合、絮凝，這樣發(fā)色基團就會被打破，有機物也得到降解。[8]
活性炭纖維作為一種新型的催化電極材料，兼有導(dǎo)電、吸附和催化的綜合性能，用其對染料廢水進行電解處理，可以起到非常好的脫色效果，它的應(yīng)用對于染料廢水的預(yù)處理具有重要的意義。
2.2 微波強化內(nèi)電解染料
近年來，發(fā)展了一種微波強化內(nèi)電解處理染料廢水的新方法 ,用活性炭與鑄鐵采用一定比例混合，用活性炭的吸附作用、炭與鑄鐵以及鑄鐵本身的內(nèi)電解作用處理印染廢水;然后利用微波再生炭鐵混合物。這樣不僅吸附飽和的活性炭被微波再生 ,吸附作用恢復(fù)并稍有提高;同時微波起到了強化炭鐵混合物的內(nèi)電解作用的效果。采用這種新方法對染料模擬廢水進行處理 ,結(jié)果令人滿意。[7]
2.3 顆粒活性炭負載TiO2薄膜
目前,國內(nèi)外非均相光催化氧化處理污水的研究工作多采用無毒、難溶、可重復(fù)使用的銳鈦礦型的TiO2作為催化劑,以紫外激發(fā)TiO2,產(chǎn)生OH·自由基,使有機物氧化。該理論研究取得了豐碩成果。但是,該技術(shù)在實際應(yīng)用中仍然存在著問題,其中需要解決的主要問題之一是TiO2催化劑的固定。有研究以杏殼顆粒活性炭作為催化劑的載體,以鈦酸四丁酯為前驅(qū)物,采用溶膠—凝膠法對TiO2光催化劑進行了固定,并對含染料溶液進行了光催化降解研究利用溶膠—凝膠技術(shù)制備以顆粒活性炭為載體的TiO2膜處理染料污水,脫色率較高,平均可達92%。[9]
2.4 載錳活性炭對甲基紫染料微波降解
有研究制備出一系列負載錳氧化物的顆粒活性炭,通過研究并發(fā)現(xiàn):在活性炭存在下,微波輻射可使甲基紫染料廢水迅速脫色。甲基紫的微波降解動力學(xué)可近似看作一級反應(yīng)。微波輻射時間、甲基紫溶液初始濃度、溶液pH值、活性炭量和微波輻射功率等因素對甲基紫的微波降解均有影響。相對于普通活性炭,適當負載錳氧化物后可以明顯提高甲基紫的降解率。[10]
活性炭與其它材料、方法復(fù)合處理染料廢水的例子不勝枚舉，并在不斷的發(fā)展當中，通過研究，已經(jīng)得到不少令人可喜的結(jié)果。
3. 活性炭吸附法處理染料廢水的發(fā)展前景
染料廢水的脫色是急待解決的難題 ,因此研究活性炭吸附對染料廢水脫色的研究具有現(xiàn)實意義. 但活性炭再生比較難、成本較高是限制活性炭吸附法的一大原因，因此，提高活性炭再生技術(shù)，循環(huán)利用活性炭降低成本是今后研究的重點。同時，鑒于活性炭處理的特殊性質(zhì)，將其與其他化學(xué)劑及與其它方法耦合，處理染料廢水效果就會更好，因此，現(xiàn)時大多數(shù)有關(guān)活性炭吸附法處理染料廢水的報道不斷推陳出新，有著良好的發(fā)展前景。
參考文獻：
[1] 劉冬蓮. 染料廢水處理方法的研究進展[J]. 河南化工.2004.12
[2] 張小璇 葉李藝 沙勇 邸婧. 活性炭吸附法處理染料廢水[J]廈門大學(xué)學(xué)報 (自然科學(xué)版).2005.44(4)
[3] 葉勻分 奚偉軍. 染料廢水的綜合處理[J]. 復(fù)旦學(xué)報(自然科學(xué)版).2003. 426()
[4] 陸朝陽 沈莉莉 張全興.吸附法處理染料廢水的工藝及其機理研究進展[J]. 工業(yè)水處理.2004. 24 (3)
[5] 印染廢水的常用脫色方法[J]. 紡織信息周刊.2005.21
[6] 王毅力等.不同染料化合物在顆粒活性炭上的分形吸附規(guī)律[J].2005. 24(3)
[7] 楊良玉 曾慶福 楊俊 陸曉華. 微波強化內(nèi)電解處理活性艷紅染料廢水[J].2005.6(8)
[8]李海 管小東 李天昕.活性炭纖維電化學(xué)處理染料廢水[J].北京科技大學(xué)學(xué)報.2003.25(2)
[9]張桂蘭. 顆粒活性炭負載TiO2薄膜用于染料污水脫色的研究[J]. 干旱環(huán)境監(jiān)測.2004.18(3)
[10] 國偉林 姬廣磊 王西奎. 載錳活性炭對甲基紫染料微波降解作用研究[J]. 濟南大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版).2004.18(4)
