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第一章 引 言

第一章 引 言

1.1 选题背景

纺织工业是我国重要的经济部门之一。纺织工业会产生各种废水，其中以印染废水污染较为严重，纺织工业用水量多，而且废水量约为用水量约为用水量的80％[1]。纺织工业的发展也带动了染料生产的发展。世界上共有100 000多种不同的染料和颜料。调查表明，全世界每年生产的染料超过7×105吨[2]。生产的染料的2％直接以废水的形式排出，10％在随后的纺织染色的过程中损失[3]。印染废水是含有一定量有毒物质的有机废水，含有残余染料、染料助剂、酸、碱以及一些重金属。印染废水具有高化学需氧量（COD）和高色度，其脱色问题也较难解决。

活性炭具有发达的的孔隙结构，巨大的比表面积，是常规水处理中常用的吸附剂，已经应用于工业和国民经济的各个行业，以及环境保护和人类生活的各个方面。结晶紫作为三苯甲烷类阳离子型染料，除广泛应用于纺织、印染和油墨工业领域外，还可以对纸张、玩具和一些塑料制品染色。三苯甲烷类染料是继偶氮染料、蒽醌染料之后使用量第三大染料，在生产使用过程中产生的大量废水颜色比较深，因其化学官能团具有高毒、高残留以及“三致”作用[5]，造成严重的污染。活性炭吸附是较为合理的方法。实验中以结晶紫水溶液模拟印染废水，以活性炭作为吸附剂，探究活性炭吸附的理想条件。

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1.2 活性炭

1.2.1 活性炭概述

活性炭是黑色粉末或颗粒状的无定型碳。活性炭的外观呈黑色，内部孔隙发达，比表面积大，吸附能力强的一类微晶质碳素材料。活性炭在结构上由微晶碳的不规则排列，在交叉连接间有细孔，在活化时会产生碳组织缺陷，因此活性炭内部有大量肉眼看不见的微孔，这使活性炭的堆积密度低、比表面积大。一般根据细孔半径的大小可以将活性炭分为3种：大微孔（大孔）为100～

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1000nm；过渡孔（中孔）为10～100nm；小微孔(细孔)10nm。活性炭大微孔的容积为0.2～0.5mL/g，表面积只有0.5～2.0㎡/g，过渡孔的容积为0.02～0.1mL/g，表面积一般不超过总表面积的5%，小微孔的容积为0.15～0.9mL/g，表面积占活性炭总表面积的95%[6-7]。

活性炭的主要成分除了碳以外还含有氧、氢等元素。以碳原子为骨架形成平面层形六角结构，这些构成了石墨状微晶。微晶相交联形成特别的结构，由此带来了优良的吸附性能。由于原料来源、制造方法、外观形状和应用场合不同，活性炭的种类很多，到目前为止大约有上千个品种。按原料来源可分为：木质活性炭、兽骨、血炭、矿物质原料活性炭、其它原料的活性炭、再生活性炭；按制造方法分：化学法活性炭（化学炭）、物理法活性炭（物理炭）、化学-物理法或物理-化学法活性炭；按外观形状分：粉状活性炭、颗粒活性炭、不定型颗料活性炭、圆柱形活性炭、球形活性炭、其它形状的活性炭；按材质分：椰壳活性炭、果壳活性炭（包括杏壳活性炭、果核壳活性炭、核桃壳活性炭）、木质活性炭（以木屑、木炭等制成的活性炭）、煤质活性炭（以褐煤、泥煤、烟煤、无烟煤等制成的活性炭）、石油类活性炭（以沥青等为原料制成的沥青基球状活性炭）、再生炭（以用过的废炭为原料，进行再活化处理的再生活性炭）。

1.2.2 活性炭吸附特性

活性炭的吸附性能主要与其独特的物理性质有关。活性炭孔壁的总表面积一般高达500～1700㎡/g，与其他吸附材料相比，具有小微孔(半径为<0.02nm)特别发达的特征，这也是活性炭吸附能力强、吸附容量大的主要原因。其中小微孔决定了活性炭的总比表面积；过渡孔(半径为0.02～1nm)起着重要的通道作用；大微孔(半径为1～100nm)则是该吸附材料微观体系的入口[8]。

活性炭的强大吸附能力除了与其巨大的表面积外还与活性炭表面的丰富的官能团有关，一般可分为含氧官能团和含氮官能团，这些官能团赋予了活性炭独特的化学性能，能与多种物质进行结合。其中含氧官能团主要有酚羟基、羧基、羰基、内酯基、嘧啶等；含氮官能团有酰胺、酰亚胺、乳胺基、类毗咯基等[9]。

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1.3印染废水现状

1.3.1印染废水来源

印染加工的四个工序都要排出废水，预处理阶段（包括烧毛、退浆、煮炼、漂白、丝光等工序）要排出退浆废水、煮炼废水、漂白废水和丝光废水，染色工序排出染色废水，印花工序排出印花废水和皂液废水，整理工序则排出整理废水。印染废水是以上各类废水的混合废水，或除漂白废水以外的综合废水。

1.3.2印染废水的水质

印染废水的水质随采用的纤维种类和加工工艺的不同而异，污染物组分差异很大。一般印染废水pH值为6～10，COD为400～1 000mg/L，BOD为100～400mg/L，SS为100～200mg/L，色度为100～400倍。但当印染工艺及采用的纤维种类和加工工艺变化后，废水水质将有较大变化。如，当废水中含有涤纶仿真丝印染工序中产生的碱减量废水时，废水的COD将增大到2 000～3 000mg/L以上，BOD增大到800mg/L以上，pH值达11. 5～12，并且废水水质随涤纶仿真丝印染碱减量废水的加入量增大而恶化。当加入的碱减量废水中COD的量超过废水中COD的量20%时，生化处理将很难适应。印染各工序的排水情况一般是：

（1）退浆废水：水量较小，但污染物浓度高，其中含有各种浆料、浆料分解物、纤维屑、淀粉碱和各种助剂。废水呈碱性，pH值为12左右。

（2）煮炼废水：水量大，污染物浓度高，其中含有纤维素、果酸、蜡质、油脂、碱、表面活性剂、含氮化合物等，废水呈强碱性，水温高，呈褐色。

（3）漂白废水：水量大，但污染较轻，其中含有残余的漂白剂、少量醋酸、草酸、硫代硫酸钠等。

（4）丝光废水：含碱量高，Na OH含量在3%～5%，多数印染厂通过蒸发浓缩回收NaOH，所以丝光废水一般很少排出，经过工艺多次重复使用但最终排出的废水仍呈强碱性，BOD、COD、SS均较高。

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（5）染色废水：水量较大，水质随所用染料的不同而不同，其中含浆料、染料、助剂、表面活性剂等，一般呈强碱性，色度很高，COD较BOD高得多，可生化性较差。

（6）印花废水：水量较大，除印花过程的废水外，还包括印花后的皂洗、水洗废水，污染物浓度较高，其中含有浆料、染料、助剂等，BOD、COD均较高。

（7）整理废水：水量较小，其中含有纤维屑、树脂、油剂、浆料等。 （8）碱减量废水：是涤纶仿真丝碱减量工序产生的，主要含涤纶水解物对苯二甲酸、乙二醇等，其中对苯二甲酸含量高达75%。碱减量废水不仅pH值高（一般＞12），而且有机物浓度高，碱减量工序排放的废水中COD可高达90 000mg/L，高分子有机物及部分染料很难被生物降解，此种废水属高浓度难降解有机废水。

1.4活性炭吸附理论

活性炭吸附以物理吸附为主，这种方法是将活性炭的粉末或颗粒与废水混合，或让废水通过其颗粒状物的表面，使废水中的污染物质被吸附在多活性炭孔的表面上或被过滤除去。目前，主要采用活性炭吸附法多半用于三级处理，该法对去除水中溶解性有机物非常有效，但它不能去除水中的胶体和疏水性染料，并且它只对阳离子染料、直接染料、酸性染料、活性染料等水溶性染料具有较好的吸附性能。Saito T.等人的研究表明，活性炭的吸附率、BOD去除率、COD去除率分别达93%、92%和63%，活性炭吸附能力可达到500mgCOD/g炭[10]。活性炭吸附法能经济、有效地去除印染废水中的有机染料，经处理后的水能达到回用标准。

活性炭能够吸附水中众多种类的金属离子以及有机物，但是一定条件下对特定的有机物的吸附量却很小。活性炭较好的吸附性能归因于它巨大的表面积，众多的表面官能团以及发达的内部微孔结构。从吸附模式方面来说，Langmuir和Freundlich模式对于金属离子以及有机会均为经典的经验模式,同时在变化条件下，对于金属离子其表面络合模式也更能表示其吸附行为。但几乎大多数

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的吸附模式均为特定条件之下的模拟，并没有实际物理意义可言，从本质上也无法反应吸附过程。活性炭对于吸附质的重要作用主要有：扩散力、静电作用、离子交换作用、供-受电子交换作用。活性炭其吸附量的减少抑或增加是通过pH改变吸附质以及其表面官能团电离状态，从而使活性炭和吸附质的静电作用的性质以及大小发生变化。通过现今已有的机理，针对已给定的活性炭的性质和吸附质的性质以及溶液条件下，可以推断其对水溶的吸附行为。但是当今研究动态吸附模式以及机理的资料还比较少，应当投入更多的研究。目前如何得到高效以及性能优良活性炭逐渐成为热点。

1.5结晶紫

结晶紫是一种碱性三苯甲烷紫色染料，呈绿色带有金属光泽结晶或深绿色结晶性粉末，为副品红的六甲基衍生物，含有少量四、五五甲基的衍生物。结晶紫是碱性染料，能溶于水（溶解度9%）和酒精（溶解度8.75%），是一种优良的染色剂。龙胆紫是混合的碱性染料，主要是结晶紫和甲基紫的混合物。在必要时，龙胆紫能跟结晶紫互相替用。医药上用的紫药水，主要成分是甲基紫，需要时能代替龙胆紫和结晶紫。

结晶紫的分子式如图1-1所示。

图1-1 结晶紫分子式

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