畢業(yè)論文---水的深度處理--活性炭纖維的再生

1、<p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘 要0</b></p><p><b>　　0 引 言0</b></p><p><b>　　1 綜 述1</b></p><p>　　1.1活性炭纖維（ACF）介紹及其在

2、污水處理方面的應(yīng)用1</p><p>　　1.2 活性炭纖維再生5</p><p>　　1.3 電化學(xué)法處理廢水現(xiàn)狀6</p><p>　　1.4印染行業(yè)廢水及其再利用（回用）概況7</p><p>　　1.5 本實(shí)驗(yàn)研究?jī)?nèi)容及意義8</p><p><b>　　2 實(shí)驗(yàn)部分9</b>

3、</p><p>　　2.1材料、設(shè)備與試劑9</p><p>　　2.2實(shí)驗(yàn)步驟及方法10</p><p>　　2.3實(shí)驗(yàn)原理11</p><p>　　3 實(shí)驗(yàn)表征及結(jié)果分析13</p><p>　　3.1吸附特性13</p><p>　　3.2不同吸附條件下的再生15</p

4、><p>　　3.3不同再生次數(shù)下的再生17</p><p>　　3.4不同電解質(zhì)濃度下的再生18</p><p>　　3.5不同再生時(shí)間下的再生21</p><p>　　4結(jié)論和實(shí)驗(yàn)中存在的問(wèn)題及展望24</p><p><b>　　總結(jié)與體會(huì)25</b></p><p

5、><b>　　謝辭26</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)27</b></p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　本次研究采用電化學(xué)催化氧化法，陽(yáng)極鈦基二氧化鉛，陰極泡沫鎳，電解質(zhì)氯化鈉溶液，對(duì)吸附后的活性炭纖維（ACF）進(jìn)行再生。通過(guò)改變吸附條件和再生的條件

6、（再生時(shí)間、電解質(zhì)濃度），研究ACF再生特性。利用再生前后活性炭纖維對(duì)染料水中酸性紅18吸附性能的對(duì)比判定其再生情況得出以下結(jié)論：吸附率越高，再生率越高；恒壓18V，兩極間距7cm，再生時(shí)間1h，電解質(zhì)氯化鈉濃度為1.5g/l最好，其相對(duì)再生率為87.53%；恒壓18V，兩極間距7cm，用3g/l氯化鈉溶液作電解質(zhì)時(shí)，再生時(shí)間為1.5h最佳，其相對(duì)再生率為91.61%。</p><p>　　關(guān)鍵詞：活性炭纖維；電

7、化學(xué)再生；吸附</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　The study takes electrochemical catalytic oxidation to regenerate adsorbed ACF, which uses titanium dioxide lead as anode, nickel foam as ca

8、thode, sodium chloride solution as electrolyte. It studies the regenerative properties of ACF by changing the conditions and regeneration conditions such as time and electrolyte concentration. We compare the adsorption p

9、erformance of ACF, before and after, to get the following conclusions: the higher the adsorption rate, the higher the regeneration rate; con</p><p>　　Keywords: Activated carbon fiber; Electrochemic

10、al regeneration; Adsorption</p><p><b>　　0 引 言</b></p><p>　　隨著污水處理技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對(duì)生活用水的水質(zhì)有了越來(lái)越高的要求。水體中的微量有機(jī)物或消毒副產(chǎn)物的前體物危害著人們的健康，而簡(jiǎn)單的處理技術(shù)并不能有效地將其去除，于是污水的深度處理被提上了日程。</p><

11、p>　　活性炭纖維（ACF）是70年代末出現(xiàn)的新型吸附材料，由于其良好的吸附性能、較大的吸附面積、良好的再生性能等特點(diǎn)，在水處理方面有著良好的應(yīng)用前景?；钚蕴坷w維的再生利用有助于降低生產(chǎn)成本，合理利用資源。</p><p>　　活性炭纖維在環(huán)保方面有廣泛的應(yīng)用，尤其是在水處理方面。在飲用水凈化中被用于自來(lái)水廠和小型家用凈水器；工業(yè)用水中被用于循環(huán)冷卻用水及鍋爐用水的防垢、防腐處理；在廢水處理中常備用于水中無(wú)

12、機(jī)離子、有機(jī)分子或離子的去除。但若將吸附飽和的活性炭纖維直接丟棄既會(huì)造成資源浪費(fèi)又會(huì)有二次污染。所以，活性炭纖維的再生有其必要性。目前，活性炭纖維的再生法主要有加熱再生法，電熱再生法，藥劑再生法，電化學(xué)再生法、生物氧化法以及光催化氧化法，但這些方法都有其局限性。電化學(xué)再生法是污染少、再生率高的中較為成熟的方法。</p><p>　　本研究是以實(shí)現(xiàn) “連續(xù)吸附+連續(xù)電化學(xué)再生”而開(kāi)展，以期尋找一種更好的深度處理方法

13、。研究分為二個(gè)子項(xiàng)，即：微污染水的ACF吸附，吸附后ACF的電化學(xué)再生。而本文主要研究吸附后ACF的電化學(xué)再生。</p><p><b>　　1 綜 述</b></p><p>　　1.1活性炭纖維（ACF）介紹及其在污水處理方面的應(yīng)用</p><p>　　1.1.1ACF及其性能</p><p>　　1.1.1.1AC

14、F種類(lèi)［1］</p><p>　　我國(guó)生產(chǎn)的活性碳纖維主要是無(wú)紡布和少量活性炭纖維布，目前對(duì)ACF沒(méi)有明確的分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)，下面是2000年我國(guó)活性炭纖維的研究、工業(yè)化及前景［1］中的劃分：</p><p>　?。?）從制作的原料來(lái)分：粘膠基活性碳纖維、聚丙烯腈(腈綸)基活性碳纖維、瀝青基活性碳纖維、酚醛基活性碳纖維、劍麻基活性碳纖維等。</p><p>　?。?）從產(chǎn)品

15、的外形分：活性碳纖維氈(針刺無(wú)紡布和熔噴復(fù)合無(wú)紡布等)、活性碳纖維布(梭織物和編織物)、活性碳纖維絲束、活性碳纖維紙、活性碳纖維塊等。</p><p>　?。?）從產(chǎn)品的厚薄、輕重等來(lái)分：厚度5mm以上，或重2509/m2以上的為厚重型；厚度1～5mm，或重100～2509/m2之間，為適中型；厚度1mm以下，或重100/m2以下，為輕薄型。</p><p>　?。?）從產(chǎn)品的表面孔徑來(lái)分

16、：借鑒IUPAC(國(guó)際純化學(xué)和應(yīng)用化學(xué)協(xié)會(huì))對(duì)孔徑的分類(lèi)，將活性碳纖維分為：常規(guī)的微孔型，孔徑0.8～2nm；中孔型，孔徑2～50nm；大孔型，孔徑>50nm；極微孔型，孔徑<0.8nm。在成孔的過(guò)程中，各種大小孔徑的孔會(huì)同時(shí)出現(xiàn)，只是各種孔徑的比例不同。如何劃分，并沒(méi)有嚴(yán)格的方法。市場(chǎng)上常見(jiàn)的是微孔型活性碳纖維，孔徑基本上呈單分散型，集中在1～2nm，中孔率(中孔體積與總孔體積之比)一般<5%。</p>

17、<p>　?。?）從產(chǎn)品的比表面積（SBET）分：高比表面積型，SBET >1500 m2/g；中比表面積型，SBET= 800～1500 m2/g；低比表面積型，SBET <800 m2/g。</p><p>　?。?）從產(chǎn)品的純度分：低純度——普通工業(yè)用的，中高純度——食品和衛(wèi)生防護(hù)用的，及高純度——濾血用的活性碳纖維。</p><p>　　1.1.1.2ACF

18、應(yīng)用范圍［1］</p><p>　　ACF有許多文獻(xiàn)綜述了活性碳纖維的用途。國(guó)內(nèi)活性碳纖維的應(yīng)用研究主要集中在溶劑回收和環(huán)保方面，從香煙濾嘴、衛(wèi)生用品到空氣、水的凈化，研究極為活躍。</p><p><b>　　（1）香煙濾嘴</b></p><p>　　胡兆基等研究了把活性碳纖維用于香煙濾嘴，能將香煙中尼古丁的吸濾率從25%～45%提高到73

19、%～86%。李建文等制作的煙嘴對(duì)尼古丁、焦油、總顆粒物的去除率達(dá)到67%～83%，同時(shí)還保留了傳統(tǒng)烤煙型香味。</p><p>　　（2）有機(jī)氣體回收處理</p><p>　　活性碳纖維用于有機(jī)溶劑回收的技術(shù)和工藝在我國(guó)已經(jīng)比較成熟。劉漢杰介紹了用活性碳纖維回收大型化工廠有機(jī)尾氣的技術(shù)。該技術(shù)具有能耗低、速度快、全自動(dòng)、占地小的特點(diǎn)，回收率可達(dá)98%以上。歐海峰等設(shè)計(jì)了一種活性碳纖維催化燃

20、燒裝置，能夠高效地處理大風(fēng)量、低濃度的有機(jī)廢氣，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的自動(dòng)控制和連續(xù)運(yùn)行。</p><p><b>　?。?）催化劑載體</b></p><p>　　陸耘等以活性碳纖維負(fù)載銅一鈷復(fù)合催化劑，將鍋爐及汽車(chē)尾氣中的N0x催化還原為N：，轉(zhuǎn)化率可達(dá)94%，且溫度適應(yīng)范圍廣，催化劑壽命長(zhǎng)。符若文等也研究了活性碳纖維負(fù)載Pd及其與Cu的合金對(duì)N0和CO的催化轉(zhuǎn)化作用。&l

21、t;/p><p>　?。?）飲用水凈化/廢水處理</p><p>　　石玉明等設(shè)計(jì)的臭氧生物活性碳纖維處理有機(jī)微污染工藝，是最高效的飲用水深度凈化工藝。陳水狹等制備了用于凈水器的抗菌載銀活性碳纖維。載銀量和比表面積越大，滅菌能力越強(qiáng)。朱征研究了載銀和碘活性碳纖維的滅菌性能、形貌結(jié)構(gòu)和吸附性能。李永貴等列舉了活性碳纖維處理印染廢水的工藝方法，認(rèn)為很適用于印染污水的深度處理。</p>

22、<p>　?。?）貴/重金屬的富集分離</p><p>　　中山大學(xué)的曾漢民等首先提出了活性碳纖維的氧化還原理論，發(fā)現(xiàn)活性碳纖維能將一些電極電位較高的離子還原。利用這一特性，可將活性碳纖維用于貴金屬提取和分離。岳中仁等制備的含ZnO活性碳纖維對(duì)Ag+有很好的吸附還原能力，有利于銀的回收。林雍靜等建立了用活性碳纖維填充柱在線富集分離和檢測(cè)天然環(huán)境水中痕量金屬的方法。</p><p&g

23、t;　　（6）室內(nèi)及環(huán)境空氣凈化</p><p>　　活性碳纖維用于空氣凈化正受到越來(lái)越多的重視。張金萍等設(shè)計(jì)的活性碳纖維過(guò)濾器可以有效地除去室內(nèi)空氣中的二氧化硫、氮氧化合物等有害氣體。張秀珍等研究和展望了活性碳纖維在凈化空氣環(huán)境方面的應(yīng)用。</p><p><b>　　（7）醫(yī)療衛(wèi)生用品</b></p><p>　　活性碳纖維可用于血液凈化裝

24、置、繃帶和敷料、床墊等。尤其用活性碳纖維制作防塵防臭防毒口罩，國(guó)內(nèi)已申請(qǐng)有十幾項(xiàng)專(zhuān)利。有的專(zhuān)利還在口罩中加入中藥，制成具有芳香提神、除臭滅菌功能的口罩。</p><p><b>　?。?）制冷工質(zhì)材料</b></p><p>　　過(guò)去冰箱和空調(diào)中常用的制冷劑氟利昂在今天受到越來(lái)越嚴(yán)格的限制，使固體吸附式制冷機(jī)的開(kāi)發(fā)受到極大的重視。用活性碳纖維代替活性炭，與甲醇與乙醇組

25、成工質(zhì)對(duì)，能將制冷系統(tǒng)的制冷系數(shù)提高15%；制冷量提高1～2倍；吸附解吸時(shí)間縮短為1/10，循環(huán)周期大大縮短。制成的吸附式制冷機(jī)或轉(zhuǎn)輪制冷機(jī)，是利用太陽(yáng)能、工業(yè)余熱等低品位熱源的有效工具。</p><p>　　1.1.1.3ACF主要特性［2］</p><p>　　其主要特性如表1-1所示：</p><p>　　表1-1 ACF主要性能表</p>&l

26、t;p>　　1.1.2ACF在水處理方面的應(yīng)用［2］</p><p>　　ACF較傳統(tǒng)活性炭吸附速度快、容量大、再生容易，且含碳量高，是良好的吸附材料，非常適于在水處理中使用。采用處理原水或廢水，不僅可滿足處理的要求，還可大大減小處理裝置的體積，提高了處理效率。因而在水處理中有較廣泛的應(yīng)用。</p><p><b>　　（1）飲用水的凈化</b></p&g

27、t;<p>　　隨著現(xiàn)代化工農(nóng)業(yè)的不斷發(fā)展和居民生活水平的提高，造成水的污染愈來(lái)愈嚴(yán)重，使得優(yōu)質(zhì)用水的保障成為至關(guān)重要而又有一定難度的問(wèn)題。作為具，尤其是對(duì)低濃度</p><p>　　污染物的良好吸附性能，ACF在水質(zhì)凈化中的作用日益突現(xiàn)出來(lái)。ACF的微孔孔徑具有可調(diào)節(jié)性，可以針對(duì)不同的有機(jī)微污染物，選擇性的設(shè)計(jì)出具有不同吸附性能的ACF，從而能夠去除水源中的各種污染物質(zhì)。在自來(lái)水廠，為除去水中細(xì)菌

28、等，需在水中加入有效氯，但氯可與水中有機(jī)物反應(yīng)生成有毒氯系化合物。另外水中還可能存有霉臭、藻臭、鐵銹及具有放射性的碘、氫、氮等。ACF對(duì)水質(zhì)混濁有明顯的澄清作用，可以除去水中的異臭、異味；對(duì)氰、氯、氟、酚等有機(jī)化合物去除率達(dá)90%以上，對(duì)細(xì)菌有極好的過(guò)濾效果，如大腸桿菌去除率達(dá)98%。ACF在凈水器中的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛。日本酸素氧氣公司和三菱人造絲公司開(kāi)發(fā)的多功能超小型凈水器，具有過(guò)濾除臭、滅菌和變硬水為軟水的功能，還可把江水、河流湖泊

29、水直接變?yōu)轱嬘盟?。東邦人造絲公司用聚丙烯腈基ACF生產(chǎn)家用凈水器，還和可樂(lè)麗公司共同開(kāi)發(fā)了用于水廠和糖廠的凈水裝置，可脫色、脫臭和除去有機(jī)物。沈陽(yáng)和天津也已逐步使用ACF制作的小型家用凈水器。</p><p><b>　　（2）工業(yè)用水處理</b></p><p>　　活性炭纖維與有機(jī)功能纖維配合，可用于循環(huán)冷卻用水及鍋爐用水的防垢、防腐處理。功能纖維對(duì)循環(huán)水中的鈣鎂

30、離子起到吸附、增溶的作用。使循環(huán)水中該兩種離子的濃度基本穩(wěn)定在60mg/L的水平上，這一方面是活性炭纖維表面含豐富的酸性官能團(tuán)，與鈣鎂離子發(fā)生離子交換的結(jié)果；另一方面，活性炭纖維在吸附或與溶解氧作用時(shí)，生成了CO2，調(diào)節(jié)了體系的酸度，增大了鈣鎂離子的溶解性。功能纖維可以吸附水中的有機(jī)物及微生物，降低水中溶解氧濃度，抑制水中好氧生物的滋生繁殖。用活性炭纖維處理空調(diào)循環(huán)水四個(gè)月，其微生物指標(biāo)遠(yuǎn)低于控制標(biāo)準(zhǔn)，且效果好、成本低，免除了定期換藥、

31、投藥的麻煩，也減少了環(huán)境污染。另外，還可以調(diào)節(jié)體系的電勢(shì)差，故可有效地防止水的結(jié)垢及對(duì)體系金屬的腐蝕。</p><p><b>　?。?）廢水處理</b></p><p>　　ACF在廢水處理中常備用于水中無(wú)機(jī)離子、有機(jī)分子或離子的去除。</p><p>　　Ayranci研究了硫氰酸根和乙基磺酸根在活性炭纖維布電極上的電吸附行為。這兩種毒性離

32、子都可以通過(guò)活性炭纖維布電極的電吸附從廢水中幾乎完全去除，但乙基磺酸根在實(shí)驗(yàn)電位范圍內(nèi)發(fā)生了少量的分解。當(dāng)將活性炭纖維布濕潤(rùn)后再進(jìn)行電吸附，其吸附速率有所增加。兩者的競(jìng)爭(zhēng)電吸附實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)兩者共存時(shí)，硫氰酸根幾乎不被吸附，顯示出了相當(dāng)強(qiáng)的選擇吸附特性。因此，能將這兩種離子有效的分離。At'khami研究硝酸根離子和亞硝酸根離子在活性炭纖維布上的電吸附與脫附行為，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明在十0.05mA恒電流模式下，活性炭纖維布對(duì)這兩種離子的

33、吸附量能夠顯著的提高；當(dāng)將電流方向改變時(shí)，絕大部分被吸附的這兩種離子又能快速地脫附下來(lái)。因此，利用電增強(qiáng)活性炭纖維處理含有這兩種離子的廢水可以實(shí)現(xiàn)吸附劑電吸附/脫附的循環(huán)使用?；钚蕴坷w維在重金屬離子的去除方面的應(yīng)用也很顯著。研究表明，ACF對(duì)COD有較好的去除效果。十三嗎啉農(nóng)藥廢水采用ACF處理，COD去除率達(dá)94%，出水COD，低于150mg/L，達(dá)到工業(yè)廢水排放標(biāo)準(zhǔn)。李秋瑜等研究了ACF對(duì)水溶液中Pb2+的動(dòng)態(tài)和靜態(tài)吸附過(guò)程，發(fā)現(xiàn)：

34、Pb2+在ACF上的吸附平衡，能夠很好地符</p><p>　　ACF獨(dú)特的微孔結(jié)構(gòu)、巨大的比表面積及多種官能團(tuán)，使其在有機(jī)廢水處理中的吸附特性明顯優(yōu)于活性炭。ACF適用于各種有機(jī)廢水的處理，對(duì)于化工、冶金、煉焦及輕工業(yè)產(chǎn)業(yè)產(chǎn)生的廢水及生活污水的處理有其獨(dú)特的效果，可除去由生產(chǎn)廢水流入而產(chǎn)生的異臭、異味，除去油、農(nóng)藥、余氯腐殖質(zhì)等。研究表明，ACF對(duì)酚類(lèi)廢水有較好的去除效果。韓嚴(yán)和等研究了在電極化的條件下，對(duì)硝基

35、苯酚在活性炭纖維上的電吸附動(dòng)力學(xué)特性，在400mV的極化電位下，對(duì)硝基苯酚的吸附量從開(kāi)路時(shí)的2.93mmol·g-1降N2.65mmol·g-1。其電吸附動(dòng)力學(xué)比較好的符合Lagergren一級(jí)吸附動(dòng)力學(xué)。</p><p>　　ACF在處理染料廢水方面也有著較好的性能。ACF可以除去水中的亞甲基藍(lán)、結(jié)晶紫、臭酚藍(lán)等有機(jī)染料分子，其吸附量大，去除率高。對(duì)于不同的染料分子，ACF吸附速率差別很大，

36、陳水挾等對(duì)ACF吸附染料做了大量的研究工作表明ACF對(duì)亞甲基藍(lán)的靜態(tài)吸附量達(dá)400mg/g，結(jié)晶紫250mg/g，二甲酚橙100mg/g和對(duì)苯二胺250mg/g。</p><p>　　1.2 活性炭纖維再生</p><p>　　隨著人們對(duì)環(huán)保的愈加重視和綠色化學(xué)的號(hào)召，活性炭纖維受到了來(lái)自多方面的關(guān)注。相比美國(guó)和日本這兩個(gè)研究使用活性炭纖維的大國(guó)，我國(guó)對(duì)其開(kāi)發(fā)仍處于試驗(yàn)階段，加之起步較晚，

37、實(shí)用領(lǐng)域尚未完全開(kāi)通。影響其廣泛使用的主要原因是價(jià)格昂貴，因此，活性炭纖維的再生是關(guān)鍵因素。但國(guó)內(nèi)對(duì)活性炭纖維有效再生的相關(guān)報(bào)道相對(duì)較少，所采用的方法大多與再生活性炭的方法類(lèi)似，主要可分為以下幾種：</p><p><b>　?。?）加熱再生</b></p><p>　　加熱再生是通過(guò)升高吸附劑的溫度，使吸附物脫附，從而讓吸附劑得到再生；活性炭纖維的回收和再生采用熱分

38、解法來(lái)實(shí)現(xiàn)如下，在加溫到一定溫度的情況下，廢棄的活性炭纖維復(fù)合材料組成復(fù)合材料的樹(shù)脂基體然后分解，剩下的活性炭纖維經(jīng)過(guò)加工可以實(shí)現(xiàn)回收和重用，其核心是在特殊的加熱爐中通入保護(hù)氣體隔絕氧氣，使分解后不影響到活性炭纖維本身。但加熱再生法存在兩大問(wèn)題，一是如何優(yōu)化接口，改進(jìn)已有回收利用技術(shù)，從組成復(fù)合材料的樹(shù)脂基體中獲得最佳回收活性炭纖維產(chǎn)品，二是再生活性炭纖維性能有所降低，用再生活性炭纖維制備的復(fù)合材料難以保證獲得最佳結(jié)構(gòu)性能。</p

39、><p><b>　　（2）藥劑再生</b></p><p>　　藥劑再生是使用化學(xué)藥品進(jìn)行再生；活性炭纖維的藥劑再生是利用化學(xué)藥品對(duì)其進(jìn)行再生。如在活性炭纖維對(duì)硝基酚的吸附和行為研究［3］中，采用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的NaOH對(duì)其進(jìn)行洗脫，再生率約為90%。但化學(xué)再生容易造成二次污染，故實(shí)際上采用不多。</p><p>　?。?）電熱再生[4]<

40、;/p><p>　　活性炭纖維的電熱再生法。電熱再生法是利用ACF 的導(dǎo)電性，通入電流，以ACF 作為電阻，產(chǎn)生焦耳熱，逐漸達(dá)到再生溫度而使ACF 再生。采用電熱再生法時(shí)，ACF 的升溫不依靠活性炭纖維層表面向里面?zhèn)鳠幔蚨鳤CF 升溫速率快，且活性炭纖維層里層溫度略高于表面溫度，熱量由內(nèi)向外傳遞，與ACF 吸附行為剛好是逆方向，對(duì)ACF 再生特別有利。將吸附飽和的活性炭纖維放在電熱裝置中，將其兩端放在電極上用金屬夾

41、固定，接通電源，使活性炭纖維通電發(fā)熱蒸發(fā)所吸附的有機(jī)物，從而再生。再生率可達(dá)90%以上。</p><p><b>　?。?）電化學(xué)再生</b></p><p>　　電化學(xué)再生法是再生活性炭纖維的一項(xiàng)技術(shù)。該方法是讓活性炭纖維填充在兩個(gè)主電極之間，在電解質(zhì)溶液中加上直流電場(chǎng)，活性炭在電場(chǎng)作用下極化，一端成陽(yáng)極，另一端呈陰極，形成微電解槽，在活性炭的陰極部位和陽(yáng)極部位分別

42、發(fā)生還原反應(yīng)和氧化反應(yīng)，吸附在活性炭上的污染物大部分被分解，小部分因電泳力作用發(fā)生脫附而使活性炭再生。該方法簡(jiǎn)便易行，具有效率高、能耗低、炭損失少，受處理對(duì)象局限小的特點(diǎn)，還可以避免二次污染。</p><p>　　目前正在研究將該法用于活性炭纖維。</p><p>　　（5）生物再生和光催化再生</p><p>　　生物再生和光催化再生還需要進(jìn)一步研究。</p

43、><p>　　表1-2 ACF各再生方式優(yōu)缺表</p><p>　　由資料可得，國(guó)內(nèi)外目前對(duì)活性炭纖維的再生研究仍在積極尋找方法中，只有加熱再生已經(jīng)比較成熟，但價(jià)格昂貴。因此，多方向的探索是必然的。</p><p>　　1.3 電化學(xué)法處理廢水現(xiàn)狀</p><p>　　1.3.1電化學(xué)處理廢水原理</p><p>　　電化

44、學(xué)氧化法是新近發(fā)展起來(lái)的新型有效技術(shù)，常用在處理有毒難生物降解污染物。它能在常溫常壓下，利用電極表面產(chǎn)生的強(qiáng)氧化性的自由基如·OH等，通過(guò)電極高效的電催化性能，可以無(wú)選擇地對(duì)有機(jī)物進(jìn)行氧化處理，使廢水中的有機(jī)污染物在電極上或溶液中直接或者間接的被氧化降解從而使難生物降解的有機(jī)物轉(zhuǎn)化為可生物降解的有機(jī)物，或使難生物降解的有機(jī)物“燃燒”而生成CO2和H2O。[5]</p><p>　　1.3.2電化學(xué)處理廢

45、水優(yōu)缺點(diǎn)</p><p>　　該方法只需添加少量或不需加化學(xué)藥劑，用電子作為反應(yīng)物，無(wú)需加溫加壓，能量利用效率高，是一種清潔、安全、有效的水處理方法。但目前仍存在幾方面的問(wèn)題：高效的電極材料和電極尚未找到，造成藥品消耗大成本升高；傳統(tǒng)二維電解反應(yīng)器接觸面積小，產(chǎn)率不高，難以滿足工業(yè)生產(chǎn)的需要。[5]</p><p>　　1.3.3電化學(xué)處理廢水種類(lèi)及效果[6]</p><

46、;p>　　電化學(xué)處理廢水選擇性強(qiáng)，主要用于處理以下廢水：（1）含重金屬?gòu)U水。重金屬?gòu)U水主要來(lái)源于采礦過(guò)程、煉鐵過(guò)程和電鍍過(guò)程。袁紹軍等發(fā)現(xiàn)電解法處理含Cu2+、Cr3+的廢水時(shí)，微電解反應(yīng)器電壓選取1.5-2.0V，在不銹鋼電極、石墨電極和活性碳纖維電極中，電極選用不銹鋼（陽(yáng)）_石墨（陰）配對(duì)電極的去除效果最佳，Cu2+去除率可達(dá)89%，Cr3+在90%以上。（2）有機(jī)廢水。有機(jī)廢水主要來(lái)源于某些工業(yè)廢水如印染廢水、醫(yī)藥廢水、農(nóng)藥

47、廢水、固體廢物填埋場(chǎng)的滲透液等，其中大多含有多氯聯(lián)苯、稠環(huán)芳烴、鹵代苯類(lèi)化合物、酚類(lèi)化合物以及本質(zhì)素、單寧以及其他能夠產(chǎn)生色和臭味的物質(zhì)，這些廢水均為難降解的有機(jī)廢水。鄭倩等通過(guò)陰極電沉積在鈦基體上制備了摻雜Ni元素的WOX涂層電極，并認(rèn)為涂層主要是四價(jià)鎢的氧化物及鎳氧化物的混合物。循環(huán)伏安測(cè)試苯酚在電極上的氧化電位為0.556V，電極具有很好的電化學(xué)催化氧化活性。電極對(duì)苯酚的電化學(xué)降解效果較好，苯酚的去除率接近90%，COD的去除率在

48、43%左右，提高了苯酚模擬廢水的可生化性。（3）富營(yíng)養(yǎng)水。一般來(lái)說(shuō)，過(guò)量的氮和磷主要來(lái)源于未處理或處理不完全的工業(yè)廢水、生活廢水、有機(jī)垃</p><p>　　1.4印染行業(yè)廢水及其再利用（回用）概況</p><p>　　1.4.1行業(yè)廢水水量及水質(zhì)特點(diǎn)</p><p>　　印染廢水是我國(guó)工業(yè)廢水中最難處理之一。具有高濃度的有機(jī)物質(zhì)，成分復(fù)雜，多生物降解材料，顏色深度

49、，特別是在染料的污染最為嚴(yán)重。即使在低濃度的染料成分的殘留物，也可能導(dǎo)致透光率低，對(duì)生態(tài)環(huán)境造成破壞。染料的降解產(chǎn)物大多是聯(lián)苯和一些致癌芳香胺化合物。廢水中含有有機(jī)物能導(dǎo)致生物毒性和致癌，致畸，致突變性質(zhì)的變化。不容易生物降解的染料，顏料是水中色素的主要來(lái)源。色度是印染廢水可滿足排放標(biāo)準(zhǔn)的最重要的指標(biāo)排放標(biāo)準(zhǔn)，但也是最棘手的問(wèn)題.所以，印染廢水的處理，關(guān)鍵問(wèn)題是漂白使其脫色。[6]</p><p>　　印染行業(yè)是

50、工業(yè)廢水排放大戶，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，全國(guó)印染廢水每天排放量為3×106-4×106m3。印染廢水的水質(zhì)隨采用的纖維種類(lèi)和加工工藝的不同而異，污染物組分差異很大。一般印染廢水PH值為6-10，CODcr為400-1000mg/l，BOD5為100-400mg/l，SS為100-200mg/l，色度為100-400倍。[7]</p><p>　　1.4.2處理達(dá)標(biāo)情況[7]</p>&l

51、t;p>　　目前，近年來(lái)由于化學(xué)纖維織物的發(fā)展，仿真絲的興起和印染后整理技術(shù)的進(jìn)步，使PVA漿料、人造絲堿解物（主要是鄰苯二甲酸類(lèi)物質(zhì)）、新型助劑等難生化降解有機(jī)物大量進(jìn)入印染廢水，其COD濃度也由原來(lái)的數(shù)百mg/l上升到2000-3000mg/l，從而使原有的生物處理系統(tǒng)COD去除率從70%下降到50%左右，甚至更低。傳統(tǒng)的生物處理工藝已受到嚴(yán)重挑戰(zhàn)；傳統(tǒng)的化學(xué)沉淀和氣浮法對(duì)這類(lèi)印染廢水的COD去除率也僅為30%左右。國(guó)內(nèi)的印染

52、廢水處理手段以生化法為主，有的還將化學(xué)法與之串聯(lián)。國(guó)外也是基本如此。色度的去除是印染廢水處理的一大難題，舊的生化法在脫色方面一直不能令人滿意。此外，PVA等化學(xué)漿料造成的COD占印染廢水總COD的比例相當(dāng)大，但由于它們很難被普通微生物所利用而使其去除率只有20%-30%。</p><p>　　1.5 本實(shí)驗(yàn)研究?jī)?nèi)容及意義</p><p>　　由以上介紹可知，印染廢水常規(guī)處理后COD、色度仍

53、未達(dá)標(biāo)，深度處理有其進(jìn)行的必要。活性炭纖維作為一種良好的吸附材料在水處理方面應(yīng)用廣范，在廢水中可去除其中有機(jī)或無(wú)機(jī)的分子和離子。而電化學(xué)再生是一種高效低耗能的方式，并且也在愈見(jiàn)成熟。據(jù)此，研究提出“連續(xù)吸附+連續(xù)電化學(xué)再生”的處理思路并展開(kāi)研究。其研究對(duì)象為活性炭纖維，處理對(duì)象為微污染印染廢水。</p><p>　　本次實(shí)驗(yàn)將活性炭纖維對(duì)染料廢水酸性紅18溶液的吸附和吸附后電化學(xué)再生銜接，研究活性炭纖維對(duì)酸性紅1

54、8的吸附特性和電化學(xué)再生的再生特性。由于實(shí)驗(yàn)時(shí)間所需時(shí)間較長(zhǎng)，本次研究分為兩個(gè)子項(xiàng)研究：活性炭纖維對(duì)低濃度廢水的吸附性能、吸附后活性炭纖維再生。本文著重討論活性炭纖維的電化學(xué)再生。</p><p><b>　　2 實(shí)驗(yàn)部分</b></p><p>　　2.1材料、設(shè)備與試劑</p><p>　　2.1.1廢水水樣、吸附材料及電解質(zhì)溶液</

55、p><p>　　（1）濃度為100ppm的染料廢水（自制）</p><p>　　本次試驗(yàn)染料水選用酸性紅18作溶質(zhì)。酸性紅18為一種酸性染料，其分子式為C20H11N2Na3O10S3。用分析天平稱(chēng)取0.1g染料加入到1L蒸餾水中攪拌均勻，配制成濃度100ppm的溶液。</p><p><b>　　（2）活性炭纖維</b></p>&

56、lt;p>　　瀝青基碳纖維，鞍山塞諾達(dá)碳纖維有限公司。其參數(shù)如表2-1所示：</p><p>　　表2-1活性炭纖維參數(shù)</p><p>　　（3）電解質(zhì)氯化鈉溶液</p><p>　　氯化鈉為白色立方結(jié)晶或結(jié)晶性粉末。實(shí)驗(yàn)中根據(jù)所需的濃度稱(chēng)取一定量的分析純AR級(jí)氯化鈉粉末倒入1L蒸餾水中，攪拌，混勻。</p><p>　　2.1.2主

57、要儀器設(shè)備和材料</p><p>　　500ml燒杯、500ml量筒、1000ml燒杯、試管若干、石棉網(wǎng)、電爐、電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱、恒溫水浴箱、分析天平、光譜儀、攪拌器、鈦基二氧化鉛、泡沫鎳、電源、試管若干、石棉網(wǎng)、電爐電熱、恒溫鼓風(fēng)干燥箱、電解槽</p><p>　　其中部分設(shè)備參數(shù)和材料簡(jiǎn)介如下：</p><p>　?。?）光譜儀：USB4000型光譜儀，

58、60;美國(guó)Ocean Optics公司。主要技術(shù)參數(shù)表如2-2所示：</p><p>　　表2-2光譜儀技術(shù)參數(shù)</p><p>　　（2）攪拌器：精密增力電動(dòng)攪拌器JJ-1，常州國(guó)華有限公司。主要規(guī)格如表2-3所示：</p><p><b>　　表2-3攪拌器規(guī)格</b></p><p>　?。?）鈦基二氧化

59、鉛做陽(yáng)極</p><p>　　早在二十世紀(jì)30年代就有PbO：作為替代陽(yáng)極而用于工業(yè)生產(chǎn)，由于PbO：具有良好的導(dǎo)電性及穩(wěn)定的化學(xué)惰性而廣泛應(yīng)用于電化學(xué)工業(yè)。二十世紀(jì)70年代Beer等人最先發(fā)明DSA電極，之后，人們對(duì)其進(jìn)行了大量的研究工作，并在氯堿、硫酸、電鍍等工業(yè)領(lǐng)域獲得應(yīng)用。Ti由于具有良好的耐腐蝕性和PbO：接近的熱膨脹系數(shù)而作為PbO：的基體。鈦基PbO：電極具有氧發(fā)生電位高、氧化能力強(qiáng)、耐腐蝕性好、導(dǎo)

60、電性好、可通過(guò)大電流、成本低等優(yōu)點(diǎn)。近幾十年來(lái)，鈦基PbO：電極經(jīng)過(guò)改性研究，由單一的活性表層發(fā)展成具有底層或中間層的金屬氧化物復(fù)合電極，因其具有良好的電催化性能而廣泛應(yīng)用于電解工業(yè)、難生物降解和高濃度有機(jī)廢水的處理等領(lǐng)域。</p><p>　?。?）陰極泡沫鎳做陰極</p><p>　　泡沫鎳是一種性能優(yōu)良的吸聲材料，在高頻具有較高的吸聲系數(shù);通過(guò)吸聲結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)可以提高其在低頻的吸聲性能

61、。泡沫鎳也是制造鎘-鎳電池和氫-鎳電池的最佳電極材料之一。通過(guò)試驗(yàn)研制成功了用電沉積技術(shù)制備泡沫鎳的工藝。所用基體材料為多孔的開(kāi)孔泡沫塑料，采用化學(xué)鍍鎳、真空鍍鎳和浸導(dǎo)電膠三種方法均可制備導(dǎo)電層，經(jīng)預(yù)鍍鎳便可在通用的硫酸鹽鍍鎳電解液中電鍍厚鎳，后經(jīng)灼燒、還原、退火工序便可得到性能優(yōu)良的泡沫鎳材料。在電化學(xué)中是常用的電極材料。</p><p>　　2.2實(shí)驗(yàn)步驟及方法</p><p>　　圖

62、2-1實(shí)驗(yàn)步驟及方法圖框</p><p>　?。?）活性炭纖維的活化</p><p>　　活性炭纖維常用到的活化方法因活化劑不同而分為氣體活化法和化學(xué)試劑活化法兩種。氣體活化法因?yàn)檫\(yùn)用較為廣泛，方法較為成熟。該法是以水蒸汽、二氧化碳或微量空氣為氧化介質(zhì)，使碳材料中無(wú)序碳部分氧化刻蝕成孔。相對(duì)而言，化學(xué)試劑活化法則較為少使用，因?yàn)樗a(chǎn)生的活性炭纖維性能不穩(wěn)定。具體過(guò)程用化學(xué)藥劑浸泡碳材料，在

63、加熱活化過(guò)程中使其中的碳元素以一氧化碳、二氧化碳等小分子形式逸出，常用的化學(xué)試劑有氯化鋅、氫氧化鉀等。</p><p>　　本實(shí)驗(yàn)室采用的簡(jiǎn)單方法有加乙醇，調(diào)節(jié)PH，煮沸或干燥。本次試驗(yàn)所采用的活性炭纖維均在干燥器中70度下干燥2h以上。</p><p><b>　　（2）第一次吸附</b></p><p>　　取500ml配置好的100ppm

64、的染料水置于燒杯中，稱(chēng)取1g的活性炭纖維使之懸浮在染料水中，每20min或30min取一次樣，利用光譜儀測(cè)試水中剩余的酸性紅18的量。改變實(shí)驗(yàn)條件，如恒溫水浴、加試劑或攪拌，重復(fù)實(shí)驗(yàn)。</p><p>　　（3）再生及第二次吸附</p><p>　　配置1000ml氯化鈉溶液作電解質(zhì)，陽(yáng)極鈦基二氧化鉛，陰極泡沫鎳，兩極間距離取7cm，通電，將取出后的活性炭纖維放在兩電極中間使之懸浮。再生一

65、定時(shí)間后取出。然后仍取500ml100ppm染料水置于燒杯中，將再生過(guò)后的活性炭纖維放入，加固定轉(zhuǎn)速的攪拌每隔30min取樣一次。利用光譜儀測(cè)出樣品溶液的吸光度。固定電壓、兩極間板距、電解質(zhì)濃度，改變?cè)偕鷷r(shí)間，重復(fù)實(shí)驗(yàn)。固定電壓、兩極間距離、再生時(shí)間，改變電解質(zhì)濃度重復(fù)實(shí)驗(yàn)。</p><p><b>　　2.3實(shí)驗(yàn)原理</b></p><p>　　實(shí)驗(yàn)原理為電化學(xué)催化

66、氧化再生。電化學(xué)催化氧化法是利用電極表面產(chǎn)生的強(qiáng)氧化性的自由基如·OH等，并通過(guò)電極高效的電催化性能，可以無(wú)選擇地對(duì)有機(jī)物進(jìn)行氧化處理，使廢水中的有機(jī)污染物在電極上或溶液中直接或者間接的被氧化降解。</p><p>　　具體到本實(shí)驗(yàn)，酸性紅18被電化學(xué)催化氧化脫色。該方法將活性炭纖維懸浮在兩個(gè)電極之間，在電解質(zhì)溶液中加上直流電場(chǎng)，活性炭纖維在電場(chǎng)作用下極化，一端成陽(yáng)極，另一端呈陰極，形成微電解槽，在活性

67、炭纖維的陰極部位和陽(yáng)極部位分別發(fā)生還原反應(yīng)和氧化反應(yīng)，吸附在活性炭上的酸性紅18部分被分解，小部分因電泳力作用發(fā)生脫附而使活性炭再生，其他的被電解質(zhì)溶液中反應(yīng)生成的Cl2和HClO所氧化。其中分解、脫附、再生過(guò)程都是指酸性紅18斷鍵，導(dǎo)致溶液脫色。其過(guò)程如下。酸性紅18的分子式：</p><p>　　電解過(guò)程中酸性紅18在活性炭纖維的陰極部位被還原或被生成的Cl2氧化，與活性炭纖維間的鏈接被打斷，活性炭纖維表面的

68、吸附點(diǎn)部分被騰出。電解后電解質(zhì)溶液并未顯現(xiàn)酸性紅18的顏色，說(shuō)明在還原過(guò)程中分子中“N=N”被打斷。</p><p>　　3 實(shí)驗(yàn)表征及結(jié)果分析</p><p><b>　　3.1吸附特性</b></p><p>　　隨著吸附進(jìn)行，染料水顏色越來(lái)越淺，色度越來(lái)越小。光譜儀測(cè)出的數(shù)值吸光度在波長(zhǎng)為508nm時(shí)達(dá)到了最大。</p>&

69、lt;p>　　吸光度與波長(zhǎng)的關(guān)系如圖3-1所示。</p><p>　　圖3-1 波長(zhǎng)與吸光度</p><p>　　在圖表表征過(guò)程中，需將所得吸光度轉(zhuǎn)化為活性炭纖維的吸附量。其計(jì)算方法如下。計(jì)算活性炭纖維的吸附量時(shí)，先根據(jù)各種條件下所得吸光度，計(jì)算出溶液中所剩酸性紅18的濃度,，再轉(zhuǎn)化為活性炭纖維所吸附的質(zhì)量。將吸光度轉(zhuǎn)化成溶液中所剩酸性紅18的濃度時(shí)可根據(jù)朗伯-比爾定律，具體表達(dá)式如

70、公式3-1所示</p><p><b>　　由朗伯-比爾定律</b></p><p>　　A=lg I0/It =kbc [8] （3-1）</p><p><b>　　式中：</b></p><p><b>　　A——吸光度</b&g

71、t;</p><p><b>　　I0——入射光強(qiáng)度</b></p><p><b>　　It——透過(guò)光強(qiáng)度</b></p><p>　　k——比例系數(shù)，與入射光波長(zhǎng)、溶液的性質(zhì)及溫度有關(guān)，當(dāng)c的單位為g/ml，b的單位為cm時(shí)，k以a表示。a稱(chēng)為吸收系數(shù)</p><p><b>　　b—

72、—液層厚度</b></p><p><b>　　c——溶液濃度</b></p><p>　　在本實(shí)驗(yàn)中b=1cm，c單位為g.l-1，則式子為A=abc。在波長(zhǎng)為508nm時(shí)A=ac。由已知初始的濃度計(jì)算出系數(shù)a，再代入其他吸光度中求出溶液中所剩酸性紅濃度c。又已知體積，就可得出活性炭纖維吸附的量。以常溫加攪拌時(shí)所得溶液的吸光度為例。其吸光度如表3-1所示

73、:</p><p>　　表3-1常溫加攪拌時(shí)吸光度</p><p>　　當(dāng)A=0.766時(shí)，c=100ppm，可得a=A/c=0.00766.帶入其他吸光度可得其他時(shí)間下溶液相應(yīng)的濃度，其結(jié)果如表3-2所示。</p><p>　　表3-2 常溫加攪拌時(shí)溶液中濃度</p><p>　　根據(jù)表3-2的結(jié)果，用原溶液濃度減去吸附后溶液濃度，再乘以溶

74、液體積0.5L即可得活性炭纖維的吸附量，其結(jié)果如表3-3所示。</p><p>　　表3-3 常溫加攪拌時(shí)活性炭纖維吸附量</p><p>　　同理可得各條件下活性炭纖維的吸附量如表3-4所示：</p><p>　　表3-4 各條件下活性炭纖維的吸附量</p><p>　　各實(shí)驗(yàn)條件下，活性炭纖維吸附酸性紅18的量與時(shí)間的關(guān)系圖如圖3-2所示

75、：</p><p>　　圖3-2各吸附條件下吸附量隨時(shí)間變化關(guān)系圖</p><p>　　圖3-2中常溫20度下吸附雖然吸附量小但也可進(jìn)行，說(shuō)明該過(guò)程是自發(fā)的；同時(shí)，恒溫70度的吸附速率快于恒溫30度和常溫20度，表3-4中吸附穩(wěn)定時(shí)吸附量也有此變化，即隨著溫度的升高，吸附的量增加，吸附速率加快，這是由溫度升高導(dǎo)致酸性紅18分子運(yùn)動(dòng)加快，吸附活化分子數(shù)增多引起的。酸性紅18的吸附先是經(jīng)歷二聚

76、體或多聚體的離解，溫度升高，提供了該過(guò)程所需要的能量，不僅使活性炭纖維中的孔屏蔽減少，還提高了酸性紅18的內(nèi)能用以微孔擴(kuò)散。圖3-2中可看出常溫?cái)嚢璧奈剿俾首羁欤?-4中顯示的穩(wěn)定吸附量也最多，這是由于攪拌增多了活性炭纖維與酸性紅18分子的接觸，加快分子運(yùn)動(dòng)速率。</p><p>　　3.2不同吸附條件下的再生</p><p>　　按吸附部分將所得吸光度轉(zhuǎn)化為活性炭纖維的吸附量。<

77、;/p><p>　　在吸附條件不同的情況下，活性炭纖維的再生率也不同。在電壓恒定25V，再生條件相同的情況下，即兩極間距7cm，再生電解質(zhì)為3g/l的Nacl溶液，再生時(shí)間為3h的情況下，1g活性炭纖維吸附500ml100ppm酸性紅18再生情況如下所示。再生前后活性炭纖維吸附量數(shù)值變化見(jiàn)表3-5再生前后，各吸附條件下達(dá)到穩(wěn)定吸附值對(duì)比圖如圖3-3所示;各吸附條件下吸附量隨時(shí)間變化如圖圖3-4所示。</p>

78、;<p>　　表3-5不同吸附條件下再生前后活性炭纖維的吸附量</p><p>　　圖3-3各吸附條件下再生前后吸附量對(duì)比</p><p>　　圖3-4各吸附條件下吸附量隨時(shí)間變化關(guān)系圖</p><p>　　由圖3-3、圖3-4可得，恒溫70度條件下，第一次吸附了94%的酸性紅18，高于本組試驗(yàn)中其他條件。再生后吸附速率普遍下降，吸附量也都降低。再生后

79、恒溫70度的吸附量＞恒溫30度的吸附量＞加5ml乙醇的吸附量。可見(jiàn)，不同的吸附條件下，吸附率不同，再生效果也不同。等質(zhì)量活性炭纖維第一次吸附量越多，吸附效果越好，其再生情況越好。這是由于活性炭纖維的吸附只有外部擴(kuò)散和內(nèi)部吸附階段，吸附之后易于脫附，在一定吸附時(shí)間內(nèi)，第一次的吸附打開(kāi)了活性炭纖維屏蔽的微孔，使第二次吸附更加容易。</p><p>　　3.3不同再生次數(shù)下的再生</p><p>

80、;　　按吸附部分將所得吸光度轉(zhuǎn)化為活性炭纖維的吸附量。</p><p>　　在與第一次吸附相同的情況下，對(duì)再生后的活性炭纖維繼續(xù)再生，再生次數(shù)對(duì)活性炭纖維也有影響，用吸光度所換算出的再生后吸附量分別比再生前的吸附量得第一次再生率，用第二次再生后的吸附量比第一次再生后的吸附量得第2次再生再生率，本組實(shí)驗(yàn)用恒溫70度時(shí)在恒壓25V，兩極間距離7cm，Nacl溶液濃度3g/l，再生時(shí)間3h情況下再生兩次的數(shù)據(jù)和恒壓18

81、V，兩極間距離7cm，Nacl溶液濃度3g/l，再生時(shí)間2h情況下數(shù)據(jù)計(jì)算得出相對(duì)再生率如下表表3-6所示：相對(duì)再生率對(duì)比圖如圖圖3-5所示。</p><p>　　表3-6再生次數(shù)與相對(duì)再生率</p><p>　　圖3-5再生次數(shù)與相對(duì)再生率對(duì)比圖</p><p>　　由圖3-5可得，兩次吸附的吸附率基本未改變，可得活性炭纖維再生次數(shù)對(duì)其再生率影響不大。但由于比率問(wèn)

82、題，吸附效果會(huì)越來(lái)越差。這是由于部分酸性紅18殘留在活性炭纖維結(jié)構(gòu)內(nèi)部。</p><p>　　3.4不同電解質(zhì)濃度下的再生</p><p>　　按吸附部分將所得吸光度轉(zhuǎn)化為活性炭纖維的吸附量。</p><p>　　固定吸附方式，所有吸附采用常溫20-30度下加速率為150r/min攪拌的方式。恒壓18V，固定兩極間距7cm，再生時(shí)間恒定為1h，只改變電解質(zhì)Nacl溶

83、液濃度，1g活性炭纖維吸附500ml100ppm酸性紅18溶液所得數(shù)據(jù)如下表表3-7所示；改變電解質(zhì)濃度再生前后吸附量對(duì)比圖如圖3-6所示；各電解質(zhì)濃度下再生后吸附量隨時(shí)間變化關(guān)系圖如圖3-7所示；選取電解質(zhì)濃度最佳為1.5g/l時(shí)，1g活性炭纖維再生前后吸附500ml100ppm酸性紅18溶液對(duì)比圖如圖3-8所示。</p><p>　　表3-7各電解質(zhì)溶液濃度對(duì)應(yīng)活性炭纖維吸附量</p><

84、p>　　圖3-6改變電解質(zhì)濃度再生前后吸附量對(duì)比</p><p>　　圖3-7各電解質(zhì)濃度下再生后吸附量隨時(shí)間變化關(guān)系圖</p><p>　　圖3-8.最佳電解質(zhì)濃度下再生前后吸附量隨時(shí)間變化圖</p><p>　　由圖3-7可得，改變電解質(zhì)濃度的情況下，再生后的吸附速率1.5g/l和2g/l相差不大啊，但都大于3g/l和1g/l。再結(jié)合圖3-6穩(wěn)定吸附情況下

85、的數(shù)值可見(jiàn)1.5g/l的穩(wěn)定吸附值41.93大于2g/l時(shí)的39.97。所以，在其他再生條件不變的情況下，濃度在1.5g/l時(shí)為最佳，吸附量最多，吸附速率最快。圖3-8可見(jiàn)再生后吸附速率變慢，其相對(duì)再生率為87.53%。但由于沒(méi)有具體的活性炭纖維飽和吸附值，該值并不是絕對(duì)的。在活性炭纖維穩(wěn)定吸附的情況下，再生前1g活性炭纖維能夠完全吸附500ml100ppm的酸性紅18，在本組試驗(yàn)中3h時(shí)吸附率為95.8%，再生后吸附5.5h后趨于穩(wěn)定

86、其吸附率為83.86%。再生后吸附率與再生前吸附率之比得相對(duì)再生率87.53%。其中，相對(duì)再生率計(jì)算方法如下：</p><p>　　相對(duì)再生率=(再生后每克活性炭纖維對(duì)酸性紅18的穩(wěn)定吸附量mg ÷再生前每克活性炭纖維對(duì)酸性紅18的穩(wěn)定吸附量mg)×100%</p><p>　　如測(cè)出活性炭纖維的飽和吸附值，可將其轉(zhuǎn)化為再生率。</p><p>

87、　　電解質(zhì)濃度在1.5g/l時(shí)達(dá)到最佳，其分析如下：</p><p>　　本實(shí)驗(yàn)中由于電解質(zhì)濃度的增加，由電解質(zhì)溶液中H+和Cl-生成的H２和過(guò)量的Cl２在水中越來(lái)越多無(wú)法溢出時(shí)附著在活性炭纖維上面形成氫電極和氧電極，形成如下原電池H2(g，p)|HCl(1mol?dm-3)|Cl2(g，p)其產(chǎn)生的電池電動(dòng)勢(shì)的方向和電解時(shí)外加電壓相反，稱(chēng)之為反電動(dòng)勢(shì)。反動(dòng)電勢(shì)與正向電勢(shì)之差稱(chēng)為超電勢(shì)。</p>&

88、lt;p>　　超電勢(shì)是指在某一電流密度下的實(shí)際電極電勢(shì)（極化電極電勢(shì)）與平衡的電極反應(yīng)電勢(shì)之差，符號(hào)用η表示。超電勢(shì)是電化學(xué)系統(tǒng)偏離平衡的特征參數(shù)，對(duì)反應(yīng)速率有重要影響。陽(yáng)極上由于超電勢(shì)的存在使電極電勢(shì)變大，陰極上由于超電勢(shì)的存在使電極電勢(shì)變小。超電勢(shì)是由于在陰、陽(yáng)極上產(chǎn)生的極化現(xiàn)象產(chǎn)生的。[9]</p><p>　　當(dāng)電極上有電流通過(guò)時(shí)，隨著電極上電流密度的增加，電極實(shí)際分解電勢(shì)值對(duì)平衡值的偏離也愈來(lái)愈大

89、，這種對(duì)平衡電勢(shì)的偏離稱(chēng)為電極的極化。凡是處于極化條件下所表現(xiàn)的電極電勢(shì)稱(chēng)為極化電勢(shì)。與之相對(duì)的是平衡電極電勢(shì)，就是當(dāng)電極上無(wú)電流通過(guò)時(shí)，電極處于平衡狀態(tài)，與之相對(duì)的電勢(shì)。隨著電極上電流密度的增加，電極的不可逆程度越來(lái)越大，極化電極電勢(shì)越大。電極極化使得陽(yáng)極電勢(shì)更正。陰極電勢(shì)更負(fù)。極化電極電勢(shì)又可以稱(chēng)為不可逆或析出電極電勢(shì)。[9]</p><p>　　極化電勢(shì)的絕對(duì)值大于平衡電勢(shì)的這一部分就被定義為超電勢(shì)，通過(guò)超

90、電勢(shì)就能定量的描述電極極化的程度。測(cè)定超電勢(shì)可以幫助確定電化學(xué)腐蝕速率，同時(shí)還決定了電解產(chǎn)物的種類(lèi)和狀態(tài)。[9]</p><p>　　超電勢(shì)跟通過(guò)電極的電流密度（i）有關(guān)。對(duì)電池來(lái)說(shuō)，i越大，電池放電的不可逆程度越高，電池的端電壓越小，所能獲得電功也越少。對(duì)電解池來(lái)說(shuō)，i越大，電解池放電的不可逆程度越高，兩極上所需外加電壓越大，所消耗掉的電功也越大。在1905年，塔菲爾（Tafel）發(fā)現(xiàn)，對(duì)于一些有氣體參與的電極

91、反應(yīng)，超電勢(shì)η（V）與電流密度j（A·cm-2）之間在一定范圍內(nèi)存在如下的定量關(guān)系：[9]</p><p>　　η=a+blnj （3-2）</p><p>　　該式稱(chēng)為T(mén)afel公式。式中：</p><p>　　a——塔菲爾常數(shù)。a等于單位電流密度（即j=1A·cm-2）時(shí)的超電勢(shì)，與電極材料、表面狀

92、態(tài)、溶液組成和溫度等因素有關(guān)。例如：a越大，氫的超電勢(shì)越大。</p><p>　　b——超電勢(shì)值的決定因素，而其量值對(duì)于大多數(shù)的金屬而言相差不多，在常溫下一般等于0.050V。</p><p><b>　　j——電流密度。</b></p><p>　　反動(dòng)勢(shì)對(duì)外電場(chǎng)有抵擋作用，能阻止（或削弱）電解的進(jìn)行，在試驗(yàn)中外加電壓恒定18V不變，隨著反動(dòng)

93、勢(shì)越大，對(duì)活性炭纖維的再生越有弊。電解池中由氯離子產(chǎn)生的氯氣氧化電解質(zhì)中酸性紅18，電解質(zhì)中氫離子被氧化生產(chǎn)氫氣。電解質(zhì)濃度越大，超電勢(shì)中a越大，形成的原電池濃度越大，產(chǎn)生的超電勢(shì)越大，所以在濃度大于1.5g/l時(shí)再生效率會(huì)降低；而小于1.5g/l時(shí)產(chǎn)生的時(shí)候，氯氣產(chǎn)生的量不夠。</p><p>　　3.5不同再生時(shí)間下的再生</p><p>　　按吸附部分將所得吸光度轉(zhuǎn)化為活性炭纖維的吸

94、附量。</p><p>　　固定吸附方式，所有吸附采用常溫20-30度加速率為150r/min攪拌的方式。恒壓18V，固定兩極間距7cm，電解質(zhì)NaCl溶液濃度為3g/l，改變各再生時(shí)間，1g活性炭纖維吸附500ml100ppm所得數(shù)據(jù)如下表表3-8所示；改變?cè)偕鷷r(shí)間再生前后吸附量對(duì)比圖如圖3-9所示；改變?cè)偕鷷r(shí)間再生后吸附量隨時(shí)間變化圖如圖3-10所示選取再生時(shí)間中的最佳效果為1.5h時(shí)，1g活性炭纖維再生前后

95、吸附500ml100ppm酸性紅18溶液對(duì)比圖如圖3-11所示。</p><p>　　表3-8不同再生時(shí)間所對(duì)應(yīng)活性炭纖維吸附量</p><p>　　圖3-9改變?cè)偕鷷r(shí)間再生前后吸附量對(duì)比圖</p><p>　　圖3-10改變?cè)偕鷷r(shí)間再生后吸附量隨時(shí)間變化圖</p><p>　　圖3-11最佳再生時(shí)間情況下再生前后吸附量隨時(shí)間變化圖</

96、p><p>　　由圖3-10可得，改變?cè)偕鷷r(shí)間時(shí)，其再生后吸附速率變化有1.5h＞1h≥3h＞2h＞2.5h。由圖3-9穩(wěn)定吸附值也可得出此變化。在其他條件不變的情況下，再生時(shí)間在1.5h時(shí)為最佳。圖3-11可見(jiàn)再生后吸附速率變慢，其相對(duì)再生率為91.61%。但由于沒(méi)有具體的活性炭纖維飽和吸附值，該值并不是絕對(duì)的。在活性炭纖維穩(wěn)定吸附的情況下，再生前1g活性炭纖維能夠完全吸附500ml100ppm的酸性紅18，在本組

97、試驗(yàn)中3h時(shí)吸附率為98.52%，再生后吸附5.5h后趨于穩(wěn)定其吸附率為90.24%。再生后吸附率與再生前吸附率之比得相對(duì)再生率91.61%。</p><p>　　對(duì)其變化可認(rèn)為再生時(shí)間在1.5h達(dá)到一個(gè)臨界點(diǎn)，1.5小時(shí)之前及之后的再生率均較小。再生時(shí)間為3h時(shí)可能是錯(cuò)誤，由于人為失誤如配置電解質(zhì)溶液時(shí)不細(xì)心弄錯(cuò)了其濃度。而對(duì)臨界點(diǎn)1.5h原因分析如下：再生時(shí)間小于1.5時(shí)，電解質(zhì)溶液中產(chǎn)生的氯氣未將活性炭纖維

98、吸附的酸性紅18完全氧化；相反，再生時(shí)間越長(zhǎng)，氯氣越多，氯氣氧化酸性紅18達(dá)到飽和后會(huì)吸附多余的氯氣占據(jù)活性炭纖維中的空隙，使得二次吸附的量變小。</p><p>　　4結(jié)論和實(shí)驗(yàn)中存在的問(wèn)題及展望</p><p>　　通過(guò)對(duì)100ppm酸性紅18水樣進(jìn)行ACF吸附后的電化學(xué)再生研究得出以下結(jié)論：</p><p>　?。?）活性炭纖維吸附酸性紅18是一個(gè)自發(fā)進(jìn)行的過(guò)

99、程，隨著溫度的升高，吸附量越多，效果越明顯。攪拌能加快吸附進(jìn)程，其效果比改變溫度更佳。</p><p>　　（2）活性炭纖維的再生效果與第一次吸附有關(guān)。等質(zhì)量的活性炭纖維第一次吸附量越多，其再生效果越好。</p><p>　　（3）活性炭纖維再生次數(shù)對(duì)再生率影響很小，第二次的吸附率占第一次吸附率的90%以上。</p><p>　?。?）恒壓18V，恒定兩極間距離為7

100、cm，活性炭于兩極間纖維居中，再生時(shí)間為1h，電解質(zhì)選取Nacl溶液時(shí)，濃度在1.5g/l為佳，相對(duì)再生率為87.53%。</p><p>　　（5）恒壓18V，恒定兩極間距離為7cm，活性炭纖維于兩極間居中，電解質(zhì)Nacl溶液為3g/l時(shí)，再生時(shí)間為1.5h最佳，其相對(duì)再生率為91.61%。</p><p>　　然而本實(shí)驗(yàn)中仍進(jìn)行存在不少問(wèn)題，具體如下：</p><p

101、>　?。?）由于再生前后吸附所需的時(shí)間較長(zhǎng)，所得改變各因素的實(shí)驗(yàn)組數(shù)不多，改變兩極間距離或電解質(zhì)溶液類(lèi)型等未能進(jìn)行。在試驗(yàn)進(jìn)行時(shí)，可以根據(jù)吸附方程式成冪數(shù)關(guān)系，估算具體的吸附方程式，吸附幾組進(jìn)行驗(yàn)證，后面的實(shí)驗(yàn)組即可縮短實(shí)驗(yàn)時(shí)間。</p><p>　　（2）為再生試驗(yàn)中的分析，可再做一組實(shí)驗(yàn)，待吸附1.5小時(shí)后，除去水中氯氣，查看再生率是否會(huì)降低。</p><p>　　（3）另外，需

102、實(shí)驗(yàn)得出活性炭纖維的飽和吸附值才能計(jì)算出活性炭纖維確切的再生率。根據(jù)吸附試驗(yàn)相關(guān)論文，在50度恒溫?cái)嚢?50轉(zhuǎn)/分情況下，0.54g活性炭纖維能完全吸附500ml100ppm染料水中的酸性紅18。若活性炭纖維的吸附量與活性炭纖維的質(zhì)量呈正比關(guān)系，在單項(xiàng)最佳試驗(yàn)條件下，本試驗(yàn)中電化學(xué)再生吸附染料廢水酸性紅18后活性炭纖維的再生效果仍不算理想。</p><p>　　但根據(jù)相關(guān)資料，Garcia[10]等對(duì)飽和吸附了氣

103、相甲苯的活性碳進(jìn)行電化學(xué)再生研究后，在適宜的電位、電流和電解時(shí)問(wèn)下，再生效率接近100%。在對(duì)活性炭進(jìn)行連續(xù)吸附一再生多次循環(huán)操作后，在陰極的活性炭再牛后的吸附性質(zhì)并未發(fā)生變化，再生率接近99%。研究結(jié)果表明相比傳統(tǒng)的熱再生方法，電化學(xué)再生法是一種非常有效的活性炭再生方法。[11]</p><p>　　由于活性炭和活性炭纖維結(jié)構(gòu)上的類(lèi)似，我們有理由相信電化學(xué)再生法在適宜的條件下同樣適用于活性炭纖維的再生，但這需要

104、進(jìn)一步的研究與討論。</p><p><b>　　總結(jié)與體會(huì)</b></p><p>　　通過(guò)本次為期一月的研究，我覺(jué)得我在學(xué)習(xí)和生活上都有了進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)和提高。</p><p>　　學(xué)習(xí)方面，我對(duì)水的深層處理有了進(jìn)一步的理解，對(duì)水處理技術(shù)不再局限于生物處理和工藝流程，了解了廢水的物化處理，尤其是電化學(xué)處理的現(xiàn)狀和方法，拓展了思維。同時(shí)對(duì)活性炭

105、纖維在水的深層處理方面的應(yīng)用有了一定的認(rèn)識(shí)，將材料方面的內(nèi)容與環(huán)保相結(jié)合，更好的把專(zhuān)業(yè)知識(shí)運(yùn)用到實(shí)際中。在實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中，實(shí)驗(yàn)試劑的配制及儀器的使用都是對(duì)以前所學(xué)知識(shí)的溫習(xí)，步驟的調(diào)整和問(wèn)題分析是對(duì)課本內(nèi)容的升華和問(wèn)題處理能力的提升。</p><p>　　在生活中，XX老師鼓勵(lì)學(xué)生自主解決問(wèn)題的方式給我留下了深刻的印象，他教育我們不斷地思考問(wèn)題并尋求最佳的方式，以另一種嚴(yán)格的方式啟迪著我，讓我對(duì)自己有了更客觀的認(rèn)識(shí)

106、，發(fā)現(xiàn)自己不僅理論知識(shí)不足，動(dòng)手能力有待提高，邏輯思維更是需要從學(xué)習(xí)生活中逐漸培養(yǎng)。在今后的學(xué)習(xí)生活中，我會(huì)以XX老師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)為指導(dǎo)嚴(yán)格要求自己。</p><p>　　最后，從后期的論文寫(xiě)作和XX老師一絲不茍的修改中，我體會(huì)到畢業(yè)論文和課程設(shè)計(jì)有很大的差別，不僅要重視內(nèi)容上的充實(shí)還要注意細(xì)節(jié)上問(wèn)題。</p><p><b>　　謝辭</b></p>

107、<p>　　經(jīng)過(guò)為期兩個(gè)月的實(shí)踐研究和總結(jié)，本人能順利完成這次畢業(yè)論文，要感謝很多人。在這里，我要向那些幫助我的人說(shuō)聲謝謝！</p><p>　　首先要感謝梅自良老師為我們提供了這次寶貴的機(jī)會(huì)。這次論文研究，充分讓我提高了自己的動(dòng)手能力和思維能力，孰知，這些能力的培養(yǎng)在平時(shí)的理論學(xué)習(xí)中是較少遇到的。讓我逐漸意識(shí)到不能一味的依靠書(shū)本，還是要自己去思考，自己去總結(jié)。梅老師還在生活上和學(xué)習(xí)上給了我們很多幫助

108、，能讓我們順利完成畢業(yè)論文。在此，向梅老師致以誠(chéng)摯的謝意！</p><p>　　還要感謝王斌老師在這次實(shí)踐研究中為我們排憂解難。王斌老師在百忙之中，不但認(rèn)真監(jiān)督我們的實(shí)驗(yàn)過(guò)程，檢查實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，還經(jīng)常提出問(wèn)題讓我們思考和研究。王斌老師工作認(rèn)真負(fù)責(zé)，兢兢業(yè)業(yè)，完全以一個(gè)稱(chēng)職的導(dǎo)師身份帶領(lǐng)著我們！或許，實(shí)驗(yàn)結(jié)果沒(méi)有達(dá)到期望中的那樣好，但是我們還是很認(rèn)真的對(duì)待這次實(shí)驗(yàn)研究，在以后的學(xué)習(xí)中，我會(huì)以這次經(jīng)歷為基準(zhǔn)，不斷思考和總