全 文 ：胡巧开
（湖北师范学院化学与环境工程学院，湖北黄石 435002）
摘 要：以花生壳为原料,探索用硫酸活化法制取活性炭的最佳工艺条件及其处理印染废水的效果,结果表明:炭化时间为
150 min、炭化温度为 800 ℃、硫酸的稀释比为 1∶1、固液比为 1∶2、活化时间为 90 min、活化温度为 60 ℃时,制得的活性炭吸附性能优
良.用其吸附处理印染废水,在活性炭吸附剂用量 15 g/L、吸附时间为 120 min、振荡速率为 160 r/min、pH值为 5、温度为 25 ℃的条件
下,脱色率达 96.7%.实现了对花生壳的资源化利用,为制备活性炭的原料来源及活性炭处理废水的应用开辟了新途径.
关键词： 花生壳; 活性炭; 活化; 吸附; 印染废水
中图分类号: TQ610.9 文献标识码: A 文章编号: 1004－0439(2009)07－0020－04
花生壳活性炭的制备及其对印染废水的
脱色处理研究
Study on preparation of activated carbon from peanut shell and
its decolorization treatment on dyeing wastewater
HU Qiao-kai
（College of Chemistry and Environmental Engineering, Hubei Normal University, Huangshi 435002, China）
Abstract： The optimal preparation technology of activated carbon from peanut shell by sulfuric acid activa－
tion method and its treatment on dyeing wastewater were studied. The results showed that the adsorption prop－
erties of prepared active carbon were very good under the following conditions: the carbonization time was 150
min, carbonization temperature was 800 ℃, dilution ratio of sulfuric acid was 1∶1, solid-liquid ratio was 1∶2, acti－
vation time was 90 min and activation temperature was 60 ℃ . The prepared active carbon was used to treat
dyeing wastewater, with the addition of active carbon prepared of 15 g/L, adsorption time of 120 min, shaking
rate of 160 r/min, pH value of 5 and the adsorption temperature of 25 ℃, the decoloration rate was 96.7％.The
peanut shells were utilized comprehensively, which provided a new raw material source of preparation of activat－
ed carbon and a new way of treatment of dyeing wastewater.
Key words： peanut shell; activated carbon; activate; adsorption; dyeing wastewater
收稿日期：2008-08-15
作者简介：胡巧开(1965-),女,湖北麻城人,副教授,学士,主要从事环境工程的教学与研究工作.
活性炭是一种多孔性含碳物质,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.[1-5]传统的活性炭制备多以木材、木炭、木屑、
椰子壳、果核等为原料,随着社会环保意识的增强,尤
其是 1998年发生在长江、松花江、嫩江流域的特大洪
水使人们已切身体会到生态恶化对民族生存和可持
续发展的巨大负面影响,国家迅速对自然森林禁伐,这
些因素致使木材、木炭的来源萎缩,即制备活性炭的
原料受到极大的限制,价格也呈上涨趋势.据统计,我
国每年的花生壳产量为 450万 t.近几年来,随着农村
经济的发展和能源供应的改善,农民对花生壳的燃烧
利用逐渐减少,花生壳在农村能源中的比重呈下降趋
势,在此形势下,利用切实可行的新工艺,以废弃的生
物质原料制备活性炭具有现实意义.
印 染 助 剂
TEXTILE AUXILIARIES
Vol．26 No．7
Jul．2009
第 26卷第 7期
2009年 7月
7期
印染废水具有水量大、有机污染物含量高、难降
解物质多、色度高以及组分复杂等特点,属难处理的
工业废水.印染行业是工业废水排放大户,随着化学
工业、染料工业的发展以及消费者对印染加工要求的
提高,大量新型印染助剂、染料、浆料等的广泛应用,
致使印染废水中有机物成分越来越复杂多变,由于印
染废水水质变化大,生化处理效果不理想,尤以脱色
效果较差,已成为困扰印染废水治理的关键问题.本文
以农业固体废弃物花生壳作为原材料制备活性炭,探
讨活性炭制备的工艺条件,并将所研制的活性炭用于
处理印染废水,进一步探讨活性炭吸附处理印染废水
中色度的工艺条件.
1 实验
1.1 材料与仪器
花生壳(黄石市某地的废弃物),印染废水(黄石市
某纺织有限公司,其最大吸收波长为 604 nm,pH值为
5),硫酸(H2SO4),分析纯.
仪器:AB204-N电子分析天平,梅特勒-托利多仪
器(上海)有限公司;SKFG-01电子分析天平、SX2-4-
13马弗炉,湖北省黄石市医疗器械厂;THZ-82恒温振
荡器,常州国华电器有限公司;722型分光光度计,上海
精密科学仪器有限公司.
1.2 活性炭的制备
将花生壳放入坩埚,于马弗炉中炭化一定时间后
磨碎,过筛,取 100目的炭素放入密封袋中待用.称取
一定量的炭素于一定稀释比的硫酸中,在水浴中加热
一定时间后取出,用蒸馏水洗涤至中性,105 ℃烘干即
得活化的花生壳活性炭.
1.3 印染废水的处理
取一定量过 100目的活性炭于 100 mL具磨口塞
的锥形瓶中,再向锥形瓶中加入 100 mL印染废水,在
25 ℃下,放在水浴振荡器上振荡一定时间后,过滤,在
604 nm下测定吸附前、后的吸光度值.考察印染废水
的脱色效果,按下列公式计算脱色率:
式中:η为脱色率,%;A0为吸附前印染废水的吸光度
值;Ae为吸附后的吸光度值.
2 结果与讨论
2.1 活性炭制备最佳工艺条件
2.1.1 炭化温度
称取 0.5 g不同炭化温度下的炭素于 100 mL磨
口锥形瓶中,加入 100 mL印染废水,在振荡器上于120
r/min、25 ℃下振荡 30 min,过滤,测其吸光度值.结果如
图 1所示.
由图 1可知,炭化温度从 400 ℃升高至 800 ℃,脱
色率逐渐增大,其原因是在炭化过程中,花生壳中的
纤维素和木质素分解,产生脱水、脱酸等反应,并形成
芳核间的结合,随后脱氢,大量芳核直接结合,形成二
维平面结构,同时结合上—CH2—,形成三维立体结构,
形成了发达的孔隙,使炭化后的花生壳炭素具有吸附
性.炭化温度再继续升高到 900 ℃,其脱色率反而下降
了,原因是温度过高,使花生壳中的纤维素碳化结节,
阻碍了孔隙的形成.[6]故炭化温度选择 800 ℃.
2.1.2 炭化时间
称取 0.5 g在 800 ℃炭化不同时间的炭素于 100
mL 磨口锥形瓶中,加入 100 mL 印染废水,在振荡器
上于 120 r/min、25 ℃下振荡 30 min后,测定产品的吸
附性能,结果如图 2所示.
由图 2可知,炭化时间从 30 min延长至 150 min,
所得产品对印染废水的脱色率逐渐增加,当超过 150
min后,脱色率随着炭化时间的增加而减小,脱色率在
150 min处达到最大,此时,花生壳中的大部分非炭成
分和碳水化合物已经去除,形成了一定数量的微孔结
构.故炭化时间选择 150 min.
2.1.3 活化方法
从炭化后的花生壳炭素脱色率可以看出,未经过
任何处理的花生壳炭素的脱色率很低,原因是花生壳
η = ×100%
A0-Ae
A0
炭化温度/℃
图 1 炭化温度对炭素吸附性能的影响
脱
色
率
/%
14
500
■
10
18
22
26
30
600 700 800 900 1 000400
■
■
■
■
■
炭化时间/min
图 2 炭化时间对炭素吸附性能的影响
脱
色
率
/%
10
2000 50
■
20
30
40
■
■
■
■
■
150100
胡巧开：花生壳活性炭的制备及其对印染废水的脱色处理研究 21
印 染 助 剂 26卷
炭素还没有形成发达的细孔结构,部分细孔堵塞.为了
提高花生壳炭素的吸附能力,必须对它进行活化处理.
活化剂(H2SO4)的稀释比、活化温度、活化时间、固液比
是影响花生壳炭素活化的主要因素.本文采用正交实
验 L9(34)进行条件优化,结果见表 1.
从表 1可知,影响花生壳活性炭吸附能力的 4个
因素中主次比较为:活化剂稀释比>活化时间>温度>
固液比.从结果可以看出,最佳条件为:A3B2C1D2.
2.2 活性炭吸附处理印染废水的条件优化
2.2.1 pH值
在 100 mL印染废水中,加入活性炭 0.2 g,在振荡
器上于 120 r/min、25 ℃下振荡 30 min,pH值对印染废
水脱色率的影响如图 3所示.
由图 3可知,pH值在 1~5时,印染废水的脱色率
变化不大,从处理成本考虑,选择印染废水自身的 pH
比较合理,因此,选择 pH值为 5.
2.2.2 振荡速率
在 100 mL印染废水中,加入活性炭 0.2 g,调节pH
值为 5,温度为 25 ℃,在振荡器上以不同速率振荡 30
min,振荡速率对印染废水脱色率的影响如图 4所示.
由图 4 可知,随着振荡速率的增加,脱色率逐渐
增大,到 160 r/min时达到最大值,以后逐渐降低,原因
是振荡速率过大,有色物质就会解析出来,因此,选择
振荡速率为 160 r/min.
2.2.3 吸附时间
在 100 mL印染废水中,加入活性炭 0.2 g,调节pH
值为 5,温度 25 ℃,在振荡器上以 160 r/min振荡不同
时间,吸附时间对印染废水脱色率的影响如图 5所示.
由图 5 可知,延长吸附时间,印染废水的脱色率
随之增大,当吸附时间达到 120 min 时,脱色率最高,
继续延长吸附时间,脱色率逐渐降低.说明在 120 min
时吸附已经达到饱和状态.故选用吸附时间为 120 min.
2.2.4 活性炭用量
取 6份印染废水,每份各 100 mL,加入不同量花
生壳活性炭,调节 pH值为 5,温度为 25 ℃,在振荡器
上以 160 r/min振荡吸附 120 min,活性炭用量对废水
脱色率的影响如图 6所示.花生壳活性炭的用量对印
染废水的脱色率有很大影响.随着花生壳活性炭用量
的增加,脱色率也不断增加,但用量超过 1.5 g后,对脱
色率的影响已经不明显,说明当花生壳活性炭的用量
为 1.5 g时,吸附就基本达到饱和状态,即花生壳活性
炭用量为 15 g/L(1.5 g/100 mL)比较适宜,此时印染废
实验
号
A
时间
/min
1 30
2 30
k3 0.241
R 0.017
吸附后
吸光度
脱色率
/%
0.612 24.1
0.629 22.0
B
温度
/℃
40
60
0.226
0.012
C
稀释比
D
固液比
1∶1 1∶1
1∶2 1∶2
0.226 0.233
0.027 0.003
k1 0.224 0.235 0.250 0.231
k2 0.234 0.238 0.223 0.234
8 90 60 1∶1 1∶3 0.594 26.3
9 90 80 1∶2 1∶1 0.626 22.3
6 60 80 1∶1 1∶2 0.608 24.6
7 90 40 1∶3 1∶2 0.615 23.7
3 30 0.637 21.080 1∶3 1∶3
4 60 40 1∶2 1∶3 0.624 22.6
5 60 60 1∶3 1∶1 0.621 23.0
pH值
图 3 pH值对脱色率的影响
脱
色
率
/%
34
0 2
■
30
38
42
46
50
1 3 4 5 6 7
■■■
■■
振荡速率/(r·min-1)
图 4 振荡速率对脱色率的影响
脱
色
率
/%
200
■
47.5
46.5
45.5
44.5
43.5
42.5
180160140120100
■
■
■
■
吸附时间/min
图 5 吸附时间对脱色率的影响
脱
色
率
/%
200
■
49.0
48.0
47.0
46.0
45.0
150100500
■
■
■■
■
50.0
注:活性炭用量为 0.1 g/100 mL,即 1 g/L;稀释比为 H2SO4∶H2O,固
液比为体积比.
表 1 L9(34)正交实验结果（原水吸光度 0.806）
22
7期
水的脱色率达 96.7%.
3 结论
(1)采用硫酸活化法制备花生壳活性炭的最佳工
艺条件:炭化温度为 800 ℃、炭化时间为 150 min、活
化剂硫酸的稀释比为 1∶1、固液比为 1∶2、活化时间为
90 min、活化温度为 60 ℃,此条件下制备的活性炭对
印染废水的吸附效果较好.
(2)花生壳活性炭吸附处理印染废水的最佳工艺
条件:吸附剂用量为 15 g/L、吸附时间为 120 min、振荡
速率为 160 r/min、废水的 pH值为 5、温度为 25 ℃,对
印染废水的脱色率为 96.7%.
(3)用固体废弃物花生壳制备活性炭,实现了对花
生壳的资源化利用,为制备活性炭的原料来源开辟新
途径,达到“以废治废,循环经济”的目的.
参考文献:
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活性炭用量/g
图 6 活性炭用量对脱色率的影响
脱
色
率
/%
20
0.5
100 ■
0.0 1.0 1.5 2.0
■
■
■
■
■
40
60
80
胡巧开：花生壳活性炭的制备及其对印染废水的脱色处理研究
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荐 目
氧化钠%
二氧化硅%
铁(ppm)≤
白度％
堆积密度(g/cm3)
粒度(18~60mesh)%≥
粒状含量（Ⅰ类）
50.50±1.00
46.00±1.00
200
≥85
0.98~1.23
93.0
粉状含量（Ⅱ类）
50．50±1.00
46.00±1.00
200
1.05～1.35
40mesh全通过
≥85
≥≥≥≥≥≥≥≥≥≥≥≥≥≥≥≥≥≥≥≥≥≥≥≥≥≥≥≥≥≥≥≥≥≥≥≥≥≥≥≥≥≥≥≥≥≥≥≥≥
≥
≥
≥
≥
≥
≥
≥
≥
≥
≥
≥
≥
≥
≥
≥
≥
≥
≥
≥
≥
≥
≥
≥
≥
≥
≥
≥
≥
≥
≥
≥
≥
≥
≥
≥≥≥≥≥≥≥≥≥≥≥≥≥≥≥≥≥≥≥≥≥≥≥≥≥≥≥≥≥≥≥≥≥≥≥≥≥≥≥≥≥≥≥≥≥≥≥≥≥
≥
≥
≥
≥
≥
≥
≥
≥
≥
≥
≥
≥
≥
≥
≥
≥
≥
≥
≥
≥
≥
≥
≥
≥
≥
≥
≥
≥
≥
≥
≥
≥
≥
≥
≥
项 目
总碱量％（以 Na2O计）
二氧化硅％（以 SiO2计）
白度％≥
水不溶物%≤
Fe%≤
烧失重％（600 ℃）
粒状含量（Ⅰ类）
28.0~30.5
27.0~29.0
85
43.0±1.0
粉状含量（Ⅱ类）
28.5～30.0
27.3～29.2
90
0.02
0.03
粒度％（16~60目）≥ 90
pH值（1％水溶液） 12.5±1.0
23