一种利用钙元素和硫元素含量评价和选择粉末活性炭吸附偶氮类染料性能的方法

1.本发明属水处理技术领域，尤其涉及一种水处理用粉末活性炭吸附性能评价方法，具体为一种利用钙元素和硫元素含量评价和选择粉末活性炭吸附偶氮类染料性能的方法。


背景技术：

2.粉末活性炭(pac)来源广泛、机械强度高、具有良好的理化性质和吸附性能，在工业废水处理等领域发挥着重要作用。活性炭的种类众多、制备过程各不相同，pac原材料主要有煤质、木质、果壳、纤维等，根据活化方式可分为化学法活化、物理法活化和物理化学法活化等。不同材质及工艺制备出的pac理化性质差异较大，针对不同性质污染物的吸附性能差异也较大。因此采用精准的、具有代表性的指标来选择和评价pac吸附性能，有利于更加高效地开展评价和选炭工作。
3.目前通常采用碘值、亚甲基蓝值、比表面积等参数作为选择和评价pac的指标。在pac广泛应用的染料废水处理过程中，由于污染物性质差异较大，根据上述常规指标选择的pac并不具有代表性。偶氮染料广泛用于多种天然和合成纤维的染色和印花，能分解产生20多种致癌芳香胺，研究表明大分子偶氮染料平衡吸附量与pac的比表面积、平均孔径、亚甲蓝值和碘值等指标均无关。通过碘值、亚甲蓝值等常规指标分析pac的偶氮类染料吸附性能，存在指标相关性差、分析不全面的问题。由于偶氮类染料中污染物的种类和特性各不相同，如何针对污染物特性进行pac特征指标匹配，优选用于偶氮类染料高效吸附的pac，是提高pac指纹识别特征污染物、提高去除效率的关键所在。
4.偶氮类染料分子可与pac中so
3-和ca
2+
等元素相互作用，存在明显的离子交换形式的化学吸附作用，因此pac中钙元素和硫元素影响其吸附偶氮类染料的性能，pac中钙元素和硫元素含量与pac吸附偶氮类染料吸附容量存在高度相关性。目前评价和优选pac的特征指标中较少考虑pac所含元素，也未针对特征污染物偶氮类染料建立相匹配的评价方法。
5.本发明构建以钙元素和硫元素含量为特征指标的评价方法，同时综合考虑碘值、亚甲蓝值及比表面积等pac常规评价和优选指标，优化用于偶氮类染料吸附去除的pac评价及优选方法，解决目前针对偶氮类染料吸附去除的pac优选及评价指标不精准、不具代表性的问题。可根据不同水质特点下各指标对应相关系数来优化评价和选择pac的具体指标，以便适用于不同水质特点的偶氮类染料废水的pac优选。


技术实现要素：

6.本发明针对当前使用pac吸附处理偶氮类染料中评价和选择指标不精准、不具代表性的问题，提供了一种用于偶氮类染料吸附去除的粉末活性炭优选方法，采用钙元素及硫元素含量作为特征指标，能够更为精确评价备选粉末活性炭吸附偶氮类染料性能，优选用于吸附去除偶氮类染料的pac。
7.本发明所采用的方案如下：
8.一种利用钙元素和硫元素含量评价和选择粉末活性炭吸附偶氮类染料性能的方法，其特征在于，包括以下步骤：
9.(1)将多批次粉末活性炭用超纯水洗净并煮沸，在105℃下烘干至恒重后，测定粉末活性炭中钙元素和硫元素含量，作为表征活性炭吸附性能的特征指标，同时测定碘值、亚甲蓝值、比表面积等，作为表征活性炭吸附性能的常规指标，并测定粉末活性炭的偶氮类染料吸附容量；
10.(2)分别确定出粉末活性炭的钙元素含量、硫元素含量、碘值、亚甲蓝值、比表面积与粉末活性炭的偶氮类染料吸附容量的相关性方程，并计算相应的相关系数；
11.(3)当每一个特征指标与吸附容量对应的相关系数数值显著高于每一个常规指标与吸附容量对应的相关系数数值时，可将特征指标作为评价和选择粉末活性炭吸附偶氮类染料的控制性指标；当每一个特征指标与吸附容量的相关系数数值与常规指标中的个别指标与吸附容量的相关系数数值相当时，可将特征指标及对应的个别常规指标作为评价和选择粉末活性炭吸附偶氮类染料的首选性指标；当每一个特征指标与吸附容量的相关系数数值与所有常规指标与吸附容量的相关系数数值均相当时，可以同时作为偶氮类染料选择粉末活性炭的共选性指标。
12.所述的粉末活性炭材质选自木质、煤质、果壳、纤维等。所述的偶氮类染料选自活性蓝、甲基橙、苏丹红、酸性红等以及混合型偶氮类染料。所述的相关系数需依据不同批次的检测数据采用大型统计软件进行计算，依据建立的相关性方程进行综合分析和评价，由此得到某一种偶氮类染料与粉末活性炭吸附容量的相关系数数值。所述的每一个特征指标与吸附容量对应的相关系数数值显著高于每一个常规指标与吸附容量对应的相关系数数值，是指特征指标的相关系数数值比所有常规指标的大2倍及以上。所述的每一个特征指标与吸附容量的相关系数数值与常规指标中的个别指标与吸附容量的相关系数数值相当时，是指特征指标的相关系数数值与个别常规指标的差值在1倍之内。所述的每一个特征指标与吸附容量的相关系数数值与所有常规指标与吸附容量的相关系数数值均相当，是指特征指标的相关系数数值与所有常规指标的差值均在1倍之内。
13.本发明中的有益效果为：
14.(1)粉末活性炭评价和选择方法提出通过钙元素和硫元素含量作为评价pac吸附偶氮类染料污染物性能的特征指标，改进了目前以碘值、亚甲蓝值、比表面积等为主要指标的粉末活性炭吸附性能常规评价方法所存在的不具代表性、不精准的缺陷。针对偶氮类染料特性与pac性能，提供了一种精准匹配的评价和优选方法。
15.(2)可根据具体水质条件，综合考虑pac中钙元素含量、硫元素含量、碘值、亚甲蓝值及比表面积五种指标与吸附容量相关性，根据相关性匹配具体评价及选择指标，方法适用性强。
16.(3)评价方法综合考虑pac特征指标及常规指标，较常规单一指标更为全面、精准。
具体实施方式
17.通过以下实例对本发明作详细说明，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。
18.实施例1：(1)将六种用于吸附典型偶氮类染料活性蓝81的粉末活性炭记为pac-1、pac-2、pac-3、pac-4、pac-5、pac-6。其中，pac-1、pac-2材质为煤质、pac-3材质为椰壳、pac-4、pac-5、pac-6材质为木质。用超纯水洗净并煮沸粉末活性炭，在105℃下烘干至恒重。对6种备选pac中钙元素、硫元素含量进行分析，每种pac中元素含量测试三次取其平均值，测定六种pac的碘值、亚甲蓝值、比表面积，每种pac的上述指标测试三次取其平均值，六种pac各性质参数平均值如表1所示。
19.表1.用于偶氮类染料性蓝81吸附去除的粉末活性炭性质参数
[0020][0021][0022]
将0.1g上述六种pac分别加入至1l浓度为100mg/l的典型偶氮类染料有机物活性蓝81溶液中，吸附平衡后计算吸附容量，每种pac吸附平衡试验重复三次，结果取其平均值。pac-1、pac-2、pac-3、pac-4、pac-5、pac-6的吸附容量平均值分别为84.61mg/g、412.73mg/g、397.33mg/g、60.79mg/g、67.96mg/g、66.05mg/g。
[0023]
通过统计软件spss，以钙元素含量(x1)、硫元素含量(x2)、碘值(x3)、亚甲蓝值(x4)、比表面积(x5)为自变量，粉末活性炭吸附容量(y)为因变量进行单因素相关性分析。各技术指标相关系数如表2所示。钙元素含量、硫元素含量的相关系数分别为0.926、0.771，而碘值、亚甲蓝值及比表面常规指标对应的相关系数为0.184、0.168、0.229，特征指标中钙元素含量的相关系数是所有常规指标相关系数的2倍及以上，特征指标中硫元素含量的相关系数是所有常规指标相关系数的2倍及以上，因此将钙元素含量、硫元素含量作为偶氮类染料活性蓝81选择粉末活性炭的控制性指标。
[0024]
表2.各指标与粉末活性炭吸附容量相关性分析
[0025]
指标线性方程相关系数r2钙元素含量y＝241.457*x1+52.3990.926硫元素含量y＝658.206x
2-44.4060.771碘值y＝-0.479x3+581.5360.184亚甲蓝值y＝-1.35x4+452.7910.168比表面积y＝-0.404x5+553.1810.229
[0026]
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。