Page 189 - 《精细化工》2022年第1期
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第 1 期                 李   燕，等:  废白土榴莲壳黏土生物炭的制备及其对 Cr(Ⅵ)的吸附                               ·179·


            含有丰富的—OH、—COOH 等酸性官能团，能通过                              Regulus 8220 型场发射扫描电子显微镜，日本
            静电吸引作用、还原作用、络合作用吸附废水中的                             Hitach 公司；5700 傅里叶变换红外光谱仪，美国
                  [6]
            Cr(Ⅵ) 。膨润土经酸改性后表面电荷变正，生物炭                          Thermo Nicolet 公司；D8 advance X 射线衍射仪，德
                                                     [7]
            经酸改性可增加羧基等官能团、微孔数量等 ，从                             国 Bruker 公司；NOVA4000e 全自动比表面和孔径
            而增强两者对含 Cr(Ⅵ)废水中阴离子的吸附能力。                          分布仪，美国康塔公司；Lambda 35 型紫外-可见吸
            在生物炭的形成过程添加经磷酸处理的黏土能增强                             收光谱仪，美国 Perkin Elmer 公司。
            生物炭的固炭能力，提高其结构稳定性、表面亲水                             1.2  SBEC、SBE 材料制备
                                                     [9]
                                       [8]
            性、比表面积、活性中心数目 。QHUBU 等 研究                              将 100 g 废白土装入 600 mL 烧杯中，加入正己
            发现，黏土生物炭复合材料能通过 5 种作用机理对水                          烷 100 g，在 60 kHz 的超声频率、35  ℃下对废白土
            中 Cr(Ⅵ)进行吸附，因而对 Cr(Ⅵ)有较高的吸附能力。                     超声抽提 15 min，抽提两次。过滤，滤液用真空旋
            吸附后的废弃黏土矿物作为土壤改良剂可提高作物产                            转蒸发装置回收其中正己烷和润滑油基础油。将脱
            量，而生物炭则能把 Cr(Ⅵ)固定在土壤中               [10] 。         油后的废白土和洗净的榴莲壳在 120  ℃下干燥 12 h
                 榴莲壳每年约有 100 万 t，主要由纤维素和木质                     后各取 10 g 用质量分数为 85%磷酸为活化剂，以浸
            素等组成，包含酚羟基、羧基等活性基团，是制备                             渍比 2.5∶1〔m(磷酸)∶m(废白土和榴莲壳)〕，室温
            生物炭的良好原料         [11] 。废白土主要产生于油品脱色、               下浸渍 6 h 后转移至坩埚中，然后置于马弗炉中，
            精制等行业，主要原料为膨润土等黏土，每年全球                             以 5 ℃/min 速率升温至 700 ℃保持 2 h，然后取出用
            炼油行业产生的废白土约为 60 万 t             [12] 。废白土通常        80 ℃去离子水洗涤至中性后 105 ℃干燥 12 h，然后
            含有 20%~40%（质量分数）的剩余油和其他有机物，
                                                               粉碎至 100 目，即制得 SBEC。将脱油后的废白土
            常作为垃圾丢弃而污染环境，废白土通过热处理、                             10 g 置于 700 ℃马弗炉中保持 2 h，然后按上述的洗
            化学处理等方法恢复活性，在污染物吸附等领域再                             涤、干燥、粉粹方法处理，制备黏土生物炭吸附剂 SBE。
            利用是解决上述问题的途径之一               [13] 。                1.3   结构表征与性能测试
                 中国石化茂名石化公司（茂石化）润滑油精制                              FTIR：采用溴化钾压片法对样品进行 FTIR 测
            产生的废白土，含油量 36.87%（质量分数），经前                                                  –1
                                                               试，波数范围：4000~400 cm 。XRD 测定条件：靶
            期实验通过超声辅助萃取油分回收率最高可达
                                                               材 Cu，管电压 40 V，管电流 40 mA，扫描范围为
            85%，回收油品馏程范围 267~564  ℃，经分析饱和
                                                               5°~80°。比表面积及孔径：样品在 77 K 下进行氮气
            分占 74.13%（质量分数，下同），芳香分占 13.76%，
                                                               吸附与脱附。透射电镜配 STEM 模式观察样品的元
            胶质占 11.11%，沥青质占 1%，回收油品与 HVI 润
                                                               素分布形态，工作电压 200 kV。
            滑油通用基础油的理化性质基本相近。润滑油基础
                                                               1.4   吸附实验
            油按 7000 元/t 平均价格粗略估算，每万吨废白土回
                                                                   将一定量的 SBEC、SBE 加入配有 Cr(Ⅵ)溶液
            收油的价值可达 2193 万元。脱油后的废白土还残留
                                                               的锥形瓶放在恒温振荡器中振荡，转速为 120 r/min、
            少量有机物，经酸活化、热处理恢复活性，是制备
                                                               间隔一定时间取样过滤，采用二苯碳酰二肼分光光
            低成本黏土炭基吸附剂较好的原料。
                                                               度法在 540 nm 处测定滤液吸光度并计算吸附液中
                 本文以炼油厂润滑油精制车间的废白土和榴莲                                          [14]
                                                               Cr(Ⅵ)的质量浓度        。在 25  ℃，吸附剂投加量为
            壳为原料、磷酸为活化剂制备黏土生物炭吸附剂
                                                               0.5 g/L，使用 0.1 mol/L NaOH/HCl 调节工作溶液的
            SBEC，以废白土为原料制备了黏土炭基吸附剂
                                                               pH，分别在溶液初始 pH 为 2、3、4、5、6、7、8、
            SBE，研究两种吸附剂对水中 Cr(Ⅵ)吸附性能，探
                                                               9 下吸附 100 mL 质量浓度为 100 mg/L 的 Cr(Ⅵ)溶
            究影响吸附效果的各种因素如溶液初始 pH、投加
                                                               液，研究溶液初始 pH 对吸附效果的影响。分别将
            量、初始浓度等，对吸附过程的动力学模型、热力
                                                               SBEC、SBE（0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.8、
            学模型进行了探讨，旨在为 SBEC 处理含 Cr(Ⅵ)废
                                                               1.0、1.2 g/L）加入 100 mL 质量浓度为 100 mg/L 的
            水提供一定的理论依据。
                                                               Cr(Ⅵ)溶液中，研究 Cr(Ⅵ)去除率随吸附剂添加量的
            1   实验部分                                           变化规律。
                                                                   吸附等温实验：于 25~45  ℃将吸附剂（0.5 g/L）
            1.1  试剂与仪器                                         分别加入 100 mL 质量浓度为 20~250 mg/L Cr(Ⅵ)溶
                 正己烷、磷酸、盐酸、硝酸，AR，广州化学试剂                        液中进行等温吸附。25  ℃下，pH 为 3 时，对 100 mL
            厂；重铬酸钾（K 2Cr 2O 7），AR，国药集团化学试剂有                    质量浓度为 100 mg/L 的 Cr(Ⅵ)溶液进行吸附动力学
            限公司（上海）；榴莲壳购于茂名市场。废白土来源茂                           研究，吸附时间为 20~160 min。按式（1）、（2）计
            石化润滑油精制车间，含水量为 4.06%（质量分数）。                        算吸附量（q t，mg/g）和去除率（R s ，%）：
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