摘要：将吸附氟溶液饱和活性炭研磨，并根据粒径大小分为五个等级（400μm，200μm，150μm，100μm，50μm）。实验表明，在pH为7.0时，同一温度，同一浓度下，活性炭粒径越小，吸附量越大，吸附率越高;同一浓度，同一粒径，随着温度的升高，吸附量增大，吸附率升高; 同一温度，同一浓度，投放量增大，其吸附量增大，吸附率升高。
关键词：含氟地下水，活性炭，回收
Study on Recovery Technology of Activated Carbon for Adsorption of Fluorine Groundwater
Zheng Xin xin Zhao Ming yue ZuoYingqian Zuo Yan
Changchun institute of technology Institute of Science
Abstract: Saturated activated carbon absorbing fluorine solution was ground and divided into five grades (400μm,200μm,100μm,100μm,50μm) according to particle size.The experiment shows that at the same temperature and concentration,the smaller the particle size of activated carbon,the larger the adsorption capacity and the higher the adsorption rate.At the same concentration and the same particle size,with the increase of temperature,the adsorption amount increases and the adsorption rate increases.At the same temperature and concentration,the dosage increases,the adsorption quantity increases,and the adsorption rate increases.
Key words: fluorine-containing groundwater,activated carbon regeneration,activated carbon recovery
前言
目前活性炭在环境保护中被广泛应用，并取得了相当的成效，然而活性炭在吸附饱和被更换后，使用单位均将其废弃，掩埋或焚烧，不仅浪费资源还造成了环境的再污染。人们发现通过再生的方法不仅能够实现废物利用减少污染，而且可以减少资金投入。
活性炭的再生，到目前为止，国内外仅有三种较成熟的再生方法，即热再生法、化学再生法和生物再生法[1]。国内外专家与学者曾采取不同方法。由于使用条件的限制和各种不利因素的产生，在实际使用当中均未实现活性炭的理想再生。除此之外，还有一些新的再生方法，如电化学再生法、微波再生法［2］、超临界CO2吹脱［3］、再生法及超临界流体再生［4］等。上述方法在实际使用当中均未实现其理想的再生。微研磨方法采用物理手段将活性炭研磨成直径达到纳米级别，利用提高其比表面积提高吸附动力来实现对污水的深度吸附和净化，与传统方法相比微研磨法对粉末级（PAC）本身不会产生破坏，同时由于其破碎对温度之pH值无太大要求，研磨后的超细粉末级（SSPAC）与纳米级（SPAC）处理效果仍能保留原活性炭的性质，所以其对活性炭再生应用意义重大。
因此本项目就是利用微研磨法将活性炭打磨至SSPAC和SPAC级别，研究其基本性能，达到资源再利用并解决农村含氟量过高的饮用水问题。
1.实验
1.1实验仪器和试剂
1.1.1西陇科技有限公司生产的特优级氢氧化钠和氯化钠，分析纯氟化钠；
1.1.2上海仪电科学仪器股份有限公司生产的PF-1-01氟离子，离子选择性指示电极；
1.2制作吸附氟饱和活性炭
1.2.1由离子选择性电极(简称氟电极)、甘汞电极与待测定溶液组成的原电池测定的氟离子浓度的，电动势 E 与氟离子活度( 25℃) 的关系式得出:E=k-0.059logαF
1.2.2配制溶液浓度为：10ug/ml,20ug/ml,60ug/ml,100ug/ml,200ug/ml的F-标液，以电位值E对-log［F-］作图，绘制标准曲线。
1.3研磨吸附氟饱和活性炭
用研钵将吸附氟饱和活性炭研至粉末状。用不同目数的分子筛，将研磨后的活性炭筛至10-50um,50-100um,100-150um,150-200um,200-500um。
2.实验方法
配制一定浓度氟化钠溶液，用氟离子选择电极测得试剂浓度，将不同粒径活性炭加入溶液中，每隔30分钟测一次，直至氟离子浓度下降后又上升停止测量。
3.实验结果与讨论
3.1溶液酸碱度对活性炭吸附容量的影响
准确称取活性炭1.0g，放入500ml氟浓度为50mg/L的烧杯中。在室温20 2℃条件下，调节溶液pH值为4~10，将烧杯置于电磁搅拌器上匀速搅拌15min，测定溶液氟浓度，计算吸附剂吸附容量。试验结果见图1。
由图1可见，在原水PH值为6～8之间，活性炭的吸附容量的总体趋势为随着pH值的升高吸附容量下降，但下降速度缓慢，pH值为6，活性炭的吸附容量为7.69，pH值为7，活性炭的吸附容量为7.03，pH值为8，改性沸石的吸附容量为6.56。由于浅层地下水pH值基本在7左右，因而本项目实际使用地下水无需调整pH值。
图1 含氟水pH值对吸附剂吸附容量的影响
3.2反应时间与不同粒径活性炭吸附的关系
准确称取粒径分别为500目～1mm，1mm～2mm，2mm～3mm活性炭分别投入有500ml含氟水浓度为50mg/L的烧杯中在室温20 2℃，pH值为7.0条件下置于电磁搅拌器上搅拌吸附，直至吸附平衡，计算吸附容量。结果见图2。
图2吸附剂不同粒径对氟吸附容量的影响
由图1可知，粒径大小对活性炭的吸附量有至关重要的作用。随粒径的变小，活性炭吸附量变大，这是因为粒径变小，活性炭的整体比表面积增大，与水中氟离子的接触机会增大，因而吸附量增大。相同质量吸附剂粒径大比表面积小，吸附剂粒径小比表面积大。由试验结果可知，吸附剂粒径越大吸附容量越小，反之吸附剂粒径越小吸附容量越大。因此可以认为活性炭除氟过程有一部分发生在吸附剂表面。据此可以在实际应用过程中，在尽量不影响吸附剂通水量的前提下，尽可能地减小吸附剂的粒径以增大比表面积，为氟离子的吸附提供更多的表面
3.3不同含氟原水浓度与不同粒径活性炭吸附的关系
准确称取活性炭各0.5g，分别放入含氟水浓度为50、100、150、200mg/L的500ml原水中，在温度为20 2℃，pH值为7.0条件下置于恒温水浴振荡器中，每隔一定时间取出20ml溶液测定，直到达到吸附平衡时（即相邻两次测量值相等）为止，计算出各条件下对氟吸附量，其结果见图3。
图3不同含氟水浓度与不同粒径活性炭吸附的关系
从图3可知同一温度下，含氟溶液浓度为200mg/L时，随着活性炭粒径的增加，活性炭对氟离子的吸附量逐渐减小，粒径为50μm时，对氟的吸附量最大。随着溶液浓度的降低，随着活性炭粒径的增大对氟离子的吸附量略有下降。当氟离子浓度高时，活性炭与氟离子接触机会增大，因而含氟水浓度越高吸附剂吸附容量越大。但当浓度降低时，活性炭的吸附趋势开始下降，氟离子在活性炭表面碰撞机率降低，导致吸附量下降。
3.4不同温度与不同粒径活性炭吸附的关系
准确称取活性炭各0.5g，分别在温度为18、30、40、50℃放入含氟水浓度为100mg/L的500ml原水中，pH值为7.0条件下置于恒温水浴振荡器中，每隔一定时间取出20ml溶液测定，直到达到吸附平衡时（即相邻两次测量值相等）为止，计算出各条件下对氟吸附量，其结果见图4。
图4不同温度与不同粒径活性炭吸附的
从图4可知同一浓度下，活性炭微粒为50μm和100μm时，随着温度的升高，活性炭吸附的容量也越大。粒径为50μm时，对氟的吸附量最大。当温度为50℃时，随着活性炭粒径的增加，活性炭对氟离子的吸附量逐渐减小，当粒径增大到200μm，活性炭吸附值最低。
3.5不同活性炭添加量与不同粒径活性炭吸附的关系
准确称取活性炭各0.1、0.5、1.0、1.5g，分别放入含氟水浓度为150mg/L的500ml原水中，在温度为20 2℃，pH值为7.0条件下置于恒温水浴振荡器中，每隔一定时间取出20ml溶液测定，直到达到吸附平衡时（即相邻两次测量值相等）为止，计算出各条件下对氟吸附量，其结果见图5。
图5不同活性炭添加量与不同粒径活性炭吸附的关系
从图5可知同一温度下，含氟溶液浓度为150mg/L时，随着活性炭粒径的增加，活性炭对氟离子的吸附量逐渐减小，粒径为50μm时，对氟的吸附量最大。随着投放量的降低，随着活性炭粒径的增大对氟离子的吸附量略有下降。当投放量大时，活性炭与氟离子接触机会增大，因而含氟水浓度越高吸附剂吸附容量越大。但当投放量小时，活性炭的吸附趋势开始下降，氟离子在活性炭表面碰撞机率降低，导致吸附量下降。
4结论
根据实验，吸附氟离子饱和的活性炭被研磨后，对氟离子仍有吸附，其吸附量随活性炭粒径的减小吸附容量而增大。此方法处理废弃的活性炭，操作简便，成本低，提高了活性炭的利用率。后续研究可以利用化学方法处理饱和活性炭后，再探究其吸附氟离子能力。
参考文献
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[4]吴琪，宋乾武，曾燕艳，等．活性炭再生技术研究进展和发展趋势．中国的环保产业，2011(10):14-17.
论文作者:郑欣欣 赵明月 左颖倩 么兴荣 张博 左妍
论文发表刊物:《知识-力量》2019年9月32期
论文发表时间:2019/7/19
标签：活性炭论文; 粒径论文; 浓度论文; 离子论文; 吸附剂论文; 溶液论文; 容量论文; 《知识-力量》2019年9月32期论文;