摘要：研究了果壳活性炭对废水中苯酚的吸附特性，考察了接触时间、温度、pH值对吸附效果的影响，绘制了吸附等温线和动力学曲线。试验结果表明：果壳活性炭对苯酚的吸附约6h即已趋于平衡，去除率达到96.63%。该吸附过程受温度影响不显著；溶液pH值对吸附量影响较大，酸性至中性条件下苯酚的吸附效果更佳。在给定吸附剂浓度条件下，Langmuir和Freundlich吸附等温式均能较好拟合平衡吸附数据，动力学试验数据则与Lagergren准二级动力学方程的拟合度较佳。
果壳活性炭是一种优良的吸附剂，它选用优良杏壳、核桃壳、枣壳等果壳为原料，采用炭化、活化、过热蒸汽催化等工艺精制加工而成，具有孔隙发达、比表面积巨大、化学稳定性及热稳定性较好、原料充足等一系列优点，因此其吸附速度快、容量大，吸附后固液分离简单、不存在二次污染，在饮用水净化及废水的深度处理方面，果壳活性炭具有非常重要的实用价值。
苯酚是重要的化工原料，也是水体中常见的污染物，因其毒性大已被我国环保部门和美国国家环保署等机构列为优先污染物。含苯酚废水的无害化处理是当前环境保护领域的重要课题之一， 众多研究者为此做出了卓有成效的努力。本文以果壳活性炭为吸附剂，对其吸附水溶液中苯酚的特性进行试验，考察了接触时间、温度、pH值对吸附效果的影响，以期为果壳活性炭处理含苯酚废水提供参考数据。
1 材料与方法
1.1 主要试剂与材料
果壳活性炭采用我们波涛净水材料有限公司（碘值≥900~1000mg/g)，使用前用蒸馏水反复洗涤，置于烘箱在100℃左右烘20h，过筛，取20~40目颗粒，放入具塞广口试剂瓶中，贮于干燥器中备用。苯酚、NaOH和盐酸均为分析纯。
1.2 主要仪器
UV-1600紫外可见分光光度计，THZ-C台式恒温振荡器，PHS-501微机酸度计。
1.3 试验水质
试验采用苯酚模拟废水。准确称取（1.0000±0.0005）g苯酚溶于1L蒸馏水中，配置成苯酚质量浓度为1000mg/L标准溶液，再稀释至试验所需的浓度。
1.4 试验方法
准确称取（0.5000±0.0005）g吸附剂置于100mL具塞锥形瓶中，加入50.00mL不同浓度的苯酚模拟废水，于振荡器中恒温振荡（转速为150r/min）10h，过滤，用紫外分光光度计在275nm处测定溶液中苯酚的平衡浓度。除温度影响试验外，其它单因素试验均在25℃进行；除pH值影响试验用NaOH和HCl溶液调节溶液pH值外，其余试验均不调pH值。
单位吸附剂的平衡吸附量qe按下式计算：
qe=（Co- Ce）V/M
式中：qe—单位吸附剂的平衡吸附量，mg/g；
Co—溶液中苯酚的初始质量浓度，mg/L；
Ce—滤液中苯酚的质量浓度，mg/L；
V—苯酚溶液的体积，L；
M—吸附剂用量，g。
2 结果与讨论
2.1 果壳活性炭与常用吸附剂的吸附性能比较
活性炭的优良吸附性能众所周知，然而因其价格较高，促使许多研究者积极地寻求其它替代方案。本试验在温度为25℃、溶液中苯酚的初始质量浓度为50mg/L、吸附剂投加量为0.5g、吸附时间为10h条件下比较了果壳活性炭与蛭石、氧化铝、天然沸石、红壤、硅胶、硅藻土等6种常用吸附剂对苯酚的吸附性能，结果见表1。
表1 7种吸附剂吸性能的比较
| 吸附剂 | 苯酚去除率/% | 吸附剂 | 苯酚去除率/% |
| 果壳活性炭 | 96.63 | 红壤 | 2.11 |
| 蛭石 | 2.48 | 硅胶 | 1.94 |
| 氧化铝 | 2.92 | 硅藻土 | 2.33 |
| 天然沸石 | 1.09 |
由表1可知：果壳活性炭的吸附性能远远强于其它6种常用吸附剂。果壳活性炭的苯酚去除率可高达96.63%，而其它6种吸附剂的苯酚去除率均不到3%。综合考虑果壳活性炭的价格及吸附性能，该材料不失为一种性价比高、实用性强的优良吸附剂。因此，深入研究果壳活性炭对废水中苯酚的吸附特性具有一定的实用意义。
2.2 吸附动力学特性
在温度为25℃、溶液中苯酚的初始质量浓度为200mg/L、吸附剂投加量为0.5g条件下，果壳活性炭对苯酚的吸附量随时间的变化趋势见图1。
图1的结果显示，果壳活性炭对苯酚的吸附量在试验初期随吸附时间的延长急剧上升，60min即可达到吸附平衡值的70%以上；后期吸附量趋于稳定，约6h时吸附即已趋于平衡。为确保吸附达到平衡，平衡吸附试验中均采用10h振荡时间。
分别用Elovich、Lagergren准一级和准二级动力学方程对果壳活性炭吸附苯酚的动力学数据进行拟合，结果见表2。
表2 不同动力学方程参数估计值
| Elovich方程 | 准一级方程 | 准二级方程 | ||||||
| q=a+b lnt | ln(qe-q)=lnqe-k1t | t/p=1/(k2qe2)+t/qe | ||||||
| a | b | R2 | qe | k1 | R2 | qe | k2 | R2 |
| 1.735 | 2.249 | 0.9234 | 3.93 | 0.0031 | 0.6083 | 16.42 | 0.0036 | 0.9996 |
从表2中可知，Lagergren准二级方程拟合试验数据的相关系数平方值R2接近于1，远大于其它2个方程的R2值，且准二级方程中的平衡吸附量qe。与实际测得的qe数据非常接近，因此，在本试验检测范围内，准二级动力学方程与试验数据的拟合度是较佳的。
2.3 pH值对吸附的影响
在温度为25℃、溶液中苯酚的初始质量浓度为100mg/L、吸附剂投加量为0.5g、吸附时间为10h条件下，改变溶液起始pH值，果壳活性炭对苯酚的平衡吸附量变化趋势见图2。
由图2可知，当溶液pH＜7时，平衡吸附量变化不大，pH值对吸附影响不显著；当pH＞7时，平衡吸附量随pH值的加大而迅速降低。这可能是因为苯酚在酸性至中性水溶液中主要以分子状态存在，与果壳活性炭表面的亲和力较大，有利于吸附；而在碱性水溶液中则主要以离子状态存在，与水的亲和力大而不利于吸附。因此，利用果壳活性炭去除废水中的苯酚应在酸性至中性溶液中进行，以达到较佳吸附效果。
2.4 温度对吸附的影响
图3所示为吸附剂投加量0.5g、吸附时间10h，10、25、40℃3种温度下果壳活性炭对苯酚的吸附等温线。
由图3可知，果壳活性炭对苯酚的平衡吸附量随温度降低略有升高的趋势，但总体来说，温度对该吸附体系的影响不显著。这表明，用果壳活性炭吸附去除废水中的苯酚基本不受环境温度的影响。
采用Langmuir方程和Freundlich方程分别对等温吸附试验数据进行拟合，相关参数列于表3。
表3 Langmuir方程和Freundlich方程的拟合参数
| Langmuir方程 | Freundlich方程 | |||||
| Ce=qmCe/qe-KL | lnqe=lnkF+(1/n)lnCe | |||||
| t/℃ | qm/(mg·g-1) | KL | R2 | n | kF | R2 |
| 10 | 24.681 | 0.1739 | 0.991 | 2.228 | 4.931 | 0.968 |
| 25 | 24.419 | 0.1903 | 0.992 | 2.410 | 5.174 | 0.970 |
| 40 | 23.707 | 0.1517 | 0.983 | 2.278 | 4.680 | 0.993 |
注：qm和KL为Langmuir方程参数，qm代表单位吸附剂的饱和吸附量；n和kF为Freundlich方程参数；R为线性相关系数。
从表3可以看出，不同温度条件下果壳活性炭对苯酚的等温吸附数据与Langmuir方程和Freundlich方程的拟合度都比较高，线性相关系数的平方值R2均大于0.96。在给定的吸附剂浓度下估算的饱和吸附量qm值用于比较不同温度下果壳活性炭对苯酚的吸附能力具有一定参考价值，表3中数据显示qm值随温度升高而逐渐减小，但差别不大，该结果与图3的结论一致。
3 结论
(1)在与6种常见吸附剂对苯酚吸附的比较试验中，果壳活性炭显示出了显著优于其它6种吸附剂的优良吸附性能。
(2)果壳活性炭对苯酚的吸附速率很快，约6h即已趋于平衡；准二级动力学方程与试验数据的拟合度较佳，R2=0.9996。
(3)温度对果壳活性炭吸附性能的影响不显著；在碱性条件下，苯酚的吸附量随pH值的加大而迅速降低，酸性至中性条件下苯酚的吸附效果更佳。
(4)在给定吸附剂浓度条件下，果壳活性炭对苯酚的等温吸附数据与Langmuir和Freundlich方程的拟合度均比较高，R2均大于0.96，2种模型都能较好地描述果壳活性炭对苯酚的吸附规律。