活性炭電吸附增強處理含砷廢水

　　隨著采礦、冶煉、化工等工業的發展過度冶金對環境構成嚴重威脅，比如含砷廢水的排放。雖然經過適當處理但出水砷濃度仍然很高，導致大量砷進入環境。電容去離子我們已經介紹很多次了，是一種通過施加外部電場來提高電極材料的吸附容量和吸附效率的新興技術。在這項研究中，開發了一種在電極反應器中去除和再生活性炭的電化學方法。旨在實現溶液中五價砷的深度處理，最終減少砷對環境的污染。這種新型的電吸附-解吸組合工藝，用于五價砷的去除和回收。

　　吸附和電吸附實驗條件

　　該實驗通過將15g預處理活性炭置于溶液中以在室溫下吸附As(V)來進行。As(V)初始濃度為0.5mg/L。通過單因素實驗優化了pH、施加電壓和流速等實驗參數。一段時間后，活性炭達到平衡。將吸附預處理的活性炭置于3D電極反應器中，800mL含0.5mg/L的As(V)溶液在一定電壓下電吸附至溶液pH不再變化。通過pH計監測溶液pH的變化。最后活性炭的表面形態和孔徑分布分別通過掃描電子顯微鏡進行表征。As(V)濃度通過電感耦合等離子體發射光譜儀測定。

　　粒子電極的表征

　　活性炭的SEM圖像如圖1所示。發現活性炭呈不規則顆粒狀。表面大孔、中孔和微孔交錯排列。這表明活性炭具有高孔隙率。活性炭對As(V)的吸附，在本實驗中，錐形瓶中裝有15g活性炭和200mL/As(V)。

　　圖1：活性炭的SEM圖像。

　　活性炭對含砷廢水的電吸附

　　為了確定電吸附時間的影響，實驗在As(V)溶液的pH值為3、流速為38mL/min、電壓為1.2V的條件下進行。預處理的活性炭為1cm(15g)。根據分析出水殘留As(V)濃度來對比吸附效果。另外pH對砷的種類有很大的影響，而砷的種類對電吸附效率的影響很大，所以pH是影響除砷效率的關鍵因素。為了深入了解不同pH條件下的電吸附過程，實驗在3cm的填充床厚度和1.2V的電壓條件下進行。在選定的pH值(2-12)下殘留的As(V)濃度如圖2(a)所示。可以發現，隨著時間的推移，As(V)濃度逐漸降低，但它們并沒有隨著pH值的升高或降低而有規律地變化。由于吸附依賴于吸附劑表面位點與特定物種之間的結合強度，當污染水中多種物種共存時，強結合物種在表面結合位點占主導地位，并大大降低了弱結合物種的吸附。由圖2(b)可知，當pH值在6到10之間時，As(V)的去除效率較低。當pH值為2、3、4、5、11和12時，去除效果較好。

　　圖2：pH對As(V)電吸附的影響(a)As(V)的殘留濃度，(b)As(V)的平衡濃度。

　　活性炭電增強吸附

　　在電極反應器中表現出出色的性能。合適實驗參數系統總結如下：時間為12小時，填充床厚度為3cm，電壓為2.4V，pH為4，流速為88mL/分鐘。去除效率低于地表水中的閾值(0.1mg/L)。實現了砷的深度處理。這意味著可以通過利用電極反應器來改善As(V)的去除，即電場可以增加活性炭的吸附能力。在圖3中，電極的SEM和EDS圖像顯示，在電極表面存在As(V)。

　　圖3：活性炭電極As(V)電吸附后的SEM像(a)和元素分布(b-e)。

　　活性炭電吸附增強處理含砷廢水在優化條件下，As(V)去除率達到84%，即出水As(V)濃度由0.5降低到0.08mg/L，符合地表水環境質量標準。經驗證，外加電場可有效提高吸附預處理后活性炭的吸附能力，實現了活性炭在電極反應器中對As(V)的深度處理。更重要的是，電極可以有效地再生，具有良好的循環性能。因此，它具有很大的發展前景。

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