活性炭电吸附增强处理含砷废水

　　随着采矿、冶炼、化工等工业的发展过度冶金对环境构成严重威胁，比如含砷废水的排放。虽然经过适当处理但出水砷浓度仍然很高，导致大量砷进入环境。电容去离子我们已经介绍很多次了，是一种通过施加外部电场来提高电极材料的吸附容量和吸附效率的新兴技术。在这项研究中，开发了一种在电极反应器中去除和再生活性炭的电化学方法。旨在实现溶液中五价砷的深度处理，最终减少砷对环境的污染。这种新型的电吸附-解吸组合工艺，用于五价砷的去除和回收。

　　吸附和电吸附实验条件

　　该实验通过将15g预处理活性炭置于溶液中以在室温下吸附As(V)来进行。As(V)初始浓度为0.5mg/L。通过单因素实验优化了pH、施加电压和流速等实验参数。一段时间后，活性炭达到平衡。将吸附预处理的活性炭置于3D电极反应器中，800mL含0.5mg/L的As(V)溶液在一定电压下电吸附至溶液pH不再变化。通过pH计监测溶液pH的变化。最后活性炭的表面形态和孔径分布分别通过扫描电子显微镜进行表征。As(V)浓度通过电感耦合等离子体发射光谱仪测定。

　　粒子电极的表征

　　活性炭的SEM图像如图1所示。发现活性炭呈不规则颗粒状。表面大孔、中孔和微孔交错排列。这表明活性炭具有高孔隙率。活性炭对As(V)的吸附，在本实验中，锥形瓶中装有15g活性炭和200mL/As(V)。

　　图1：活性炭的SEM图像。

　　活性炭对含砷废水的电吸附

　　为了确定电吸附时间的影响，实验在As(V)溶液的pH值为3、流速为38mL/min、电压为1.2V的条件下进行。预处理的活性炭为1cm(15g)。根据分析出水残留As(V)浓度来对比吸附效果。另外pH对砷的种类有很大的影响，而砷的种类对电吸附效率的影响很大，所以pH是影响除砷效率的关键因素。为了深入了解不同pH条件下的电吸附过程，实验在3cm的填充床厚度和1.2V的电压条件下进行。在选定的pH值(2-12)下残留的As(V)浓度如图2(a)所示。可以发现，随着时间的推移，As(V)浓度逐渐降低，但它们并没有随着pH值的升高或降低而有规律地变化。由于吸附依赖于吸附剂表面位点与特定物种之间的结合强度，当污染水中多种物种共存时，强结合物种在表面结合位点占主导地位，并大大降低了弱结合物种的吸附。由图2(b)可知，当pH值在6到10之间时，As(V)的去除效率较低。当pH值为2、3、4、5、11和12时，去除效果较好。

　　图2：pH对As(V)电吸附的影响(a)As(V)的残留浓度，(b)As(V)的平衡浓度。

　　活性炭电增强吸附

　　在电极反应器中表现出出色的性能。合适实验参数系统总结如下：时间为12小时，填充床厚度为3cm，电压为2.4V，pH为4，流速为88mL/分钟。去除效率低于地表水中的阈值(0.1mg/L)。实现了砷的深度处理。这意味着可以通过利用电极反应器来改善As(V)的去除，即电场可以增加活性炭的吸附能力。在图3中，电极的SEM和EDS图像显示，在电极表面存在As(V)。

　　图3：活性炭电极As(V)电吸附后的SEM像(a)和元素分布(b-e)。

　　活性炭电吸附增强处理含砷废水在优化条件下，As(V)去除率达到84%，即出水As(V)浓度由0.5降低到0.08mg/L，符合地表水环境质量标准。经验证，外加电场可有效提高吸附预处理后活性炭的吸附能力，实现了活性炭在电极反应器中对As(V)的深度处理。更重要的是，电极可以有效地再生，具有良好的循环性能。因此，它具有很大的发展前景。