近年來，高鹽有機廢水污染問題日益凸顯。該廢水難于處理，主要原因在于常含有高濃度可溶性有機物、多種難降解有機物以及大量的Na+，Cl-，SO₄^2-等多種無機鹽離子。高鹽染料廢水是其中較難處理的一種，具有濃度高、色度高、鹽分高、可生化性差的特點，傳統(tǒng)的物化法無法有效地降低有機物濃度，而生物法則因高鹽分限制了微生物的生長。作為一種新型的吸附材料，介孔碳因其較大的比表面積及孔容，具備較強的吸附能力。針對高鹽染料廢水難處理的問題，擬采用高鹽亞甲基藍模擬廢水作為吸附對象，探究介孔碳的最佳制備條件，從而得到對高鹽染料廢水吸附效果最好的介孔碳材料，尋求在高鹽環(huán)境下仍可高效吸附處理亞甲基藍廢水的方法。

　　1、材料與方法

　　1.1 試驗材料、藥品

　　主要藥品及材料購自國藥集團試劑有限公司，其中P123、F127、苯酚、間苯二酚及間苯三酚為分析純，亞甲基藍、甲醛、正硅酸乙酯、葡萄糖、蔗糖及木質(zhì)素磺酸鈉為化學(xué)純。

　　1.2 主要試驗儀器、設(shè)備

　　試驗主要儀器見表1。

　　1.3 試驗方法

　　1.3.1 介孔碳的制備

　　目前，制備介孔碳材料有催化活化法、有機凝膠碳化法和模板法等，其中催化活化法制備的介孔碳孔徑小但分布范圍廣，采用有機凝膠碳化法制備的介孔碳孔徑大、分布范圍較小，但有序性降低。而模板法不但有效地控制了這種缺陷，且能制備孔徑可調(diào)、高度有序、形貌可控的介孔碳材料。按照制備過程中模板劑類型的不同，可分為硬模板法和軟模板法。

　　本試驗將參考軟模板法制備介孔碳，考察的影響因素分別為模板劑、碳源、鹽酸體積、炭燒溫度和炭燒時間，實驗方法參照以下方案：

　　(1)準確稱取1.25g模板劑(P123，F(xiàn)127及P123/F127)溶于裝有7mL乙醇/水(乙醇摩爾分數(shù)為0.3)溶劑的燒杯中。

　　(2)將燒杯置于45℃的水浴鍋中攪拌溶解。

　　(3)待完全溶解后，依次加入2.20mL正硅酸乙酯和1.25g苯酚(間苯二酚、間苯三酚、葡萄糖、蔗糖及木質(zhì)素)，隨后加入不同體積(0.05，0.10，0.15，0.20，0.25，0.30mL)的10mol/L鹽酸作為催化劑。

　　(4)反應(yīng)30min后加入少量甲醛水溶液，繼續(xù)反應(yīng)90min后置于70℃烘箱中干燥。

　　(5)將干燥后的納米聚合物置于坩堝中，再將坩堝置于通氮氣保護的管式爐中，升至不同溫度(400，500，600，700，800℃)，保持不同時間(1，2，3，4，5，6h)得到碳-硅復(fù)合材料。

　　(6)將所得材料通過在質(zhì)量分數(shù)約為10%的HF溶液中浸泡、攪拌、抽濾、洗滌、烘干后得到介孔碳材料樣品。

　　1.3.2 介孔碳對高鹽亞甲基藍的吸附

　　配制5%NaCl的亞甲基藍溶液200mL，亞甲基藍質(zhì)量濃度為300mg/L，向溶液中加入一定量的介孔碳樣品，吸附時間360min，每隔一段時間定時取一次樣，加入攪拌轉(zhuǎn)子離心攪拌，稀釋適當(dāng)倍數(shù)后置于紫外吸收光譜儀中，于波長605nm處測其吸光度，并通過下列公式計算高鹽亞甲基藍去除率：

　　式中，C_t為亞甲基藍起始質(zhì)量濃度，mg/L；C_t+△t為經(jīng)△t時間后亞甲基藍的質(zhì)量濃度，mg/L。

　　2、結(jié)果與討論

　　2.1 模板劑對吸附效果的影響

　　2.1.1 單一模板對吸附效果的影響

　　控制鹽酸體積0.15mL，選用不同模板劑(P123，F(xiàn)127)，炭燒時間3h，單一模板劑對吸附效果的影響如圖1所示。

　　由圖1可知，以F127作模板劑的效果明顯優(yōu)于P123的，達到吸附平衡的時間短，約為60min，且30min的去除率達到60.35%，超過P123的52.52%，而P123作模板劑的吸附平衡時間約為120min?？梢?，以F127作模板劑的吸附效果好，縮短了吸附平衡時間。

　　2.1.2 復(fù)合模板劑對吸附效果的影響

　　控制鹽酸體積0.15mL，復(fù)合模板劑為不同質(zhì)量比(13，12和11)的P123/F127，不同模板劑對吸附效果的影響如圖2所示。

　　圖2表明，高鹽亞甲基藍溶液被吸附處理時，單一模板劑P123與F127的吸附量分別為205.56mg/g，313.30mg/g，F(xiàn)127的吸附量是P123的1.52倍。單一模板劑的吸附效果明顯低于P123/F127質(zhì)量比為13時的吸附量385.19mg/g，然而隨著P123/F127的質(zhì)量比增加，吸附效果變差，其原因可能是導(dǎo)向劑中的疏水部分(PO)大小決定了介孔材料的孔結(jié)構(gòu)，P123調(diào)節(jié)了PO部分的比例，從而影響其吸附效果。綜上所述，質(zhì)量比為13的P123/F127復(fù)合模板劑為最佳模板劑。

　　2.2 碳源對吸附效果的影響

　　控制鹽酸體積0.15mL，選用不同碳源(葡萄糖，蔗糖，木質(zhì)素及酚醛樹脂)，炭燒時間3h，不同碳源對吸附效果的影響如圖3所示。

　　由圖3可知，以葡萄糖作碳源制得的介孔碳材料對高鹽亞甲基藍溶液的吸附效果最差，其吸附量為83.54mg/g，約為蔗糖作碳源的1/3，遠小于間苯三酚/甲醛作碳源的313.3mg/g。選用苯酚/甲醛和間苯二酚/甲醛作碳源的吸附量也遠小于間苯三酚/甲醛作碳源的吸附量。說明大量羥基有助于提高其同三嵌段共聚物F127的相互作用能力，從而提高其吸附效果。因此，選用間苯三酚/甲醛為最佳碳源。

　　2.3 鹽酸加入量吸附效果的影響

　　介孔碳制備過程中，控制反應(yīng)條件，加入不同體積的鹽酸(0.05，0.10，0.15，0.20，0.25，0.30mL)作催化劑，鹽酸加入量對吸附效果的影響如圖4所示。

　　由圖4可知，隨著鹽酸從0.05mL增加到0.20mL，高鹽亞甲基藍溶液被吸附處理的效果越來越好，但當(dāng)鹽酸超過0.20mL以后，吸附處理效果反而下降，鹽酸加入量為0.15mL時所制得的介孔碳，其對高鹽亞甲基藍的去除率在20min就達到了54.41%，且其吸附平衡時間短，約為60min。雖然分別達到吸附平衡時，鹽酸加入量為0.15mL的去除率(60.32%)稍低于加入量0.20mL的去除率(61.13%)，但鹽酸加入量0.2mL時達到吸附平衡的時間較長，約為120min，綜合考慮，選擇0.15mL作為最佳鹽酸加入量。

　　2.4 炭燒溫度對吸附效果的影響

　　控制鹽酸加入量0.15mL，選取不同炭燒溫度(400，500，600，700，800℃)，炭燒溫度對吸附效果的影響如圖5所示。

　　圖5表明，當(dāng)炭燒溫度從400℃升高到600℃時，高鹽亞甲基藍溶液被吸附處理的效果越來越好，600℃時達到最大去除率64.92%，但當(dāng)溫度超過600℃后，去除率反而下降。其原因可能是溫度太高，所制得的介孔碳結(jié)構(gòu)變化，骨架收縮，從而影響其吸附效果。炭燒溫度600℃的吸附平衡時間短，約為60min。因此，選用600℃為最佳炭燒溫度。

　　2.5 炭燒時間對吸附效果的影響

　　控制鹽酸加入量0.15mL，選取不同炭燒時間(1，2，3，4，5，6h)，炭燒溫度600℃，炭燒時間對吸附效果的影響如圖6所示。

　　由圖6可知，炭燒時間對吸附效果有一定影響，當(dāng)炭燒時間從1h延長到3h時，其去除率逐漸增大，3h時達到最大去除率64.92%，但時間超過3h后去除率幾乎不變。炭燒時間3h的吸附平衡時間短，約為60min。因此，考慮經(jīng)濟性，選用3h為最佳炭燒時間。

　　2.6 介孔碳與活性炭吸附效果對比試驗

　　配制5%NaCl的亞甲基藍溶液200mL，亞甲基藍質(zhì)量濃度為300mg/L，分別加入0.1g活性炭和介孔碳，吸附時間30min，每5min取一次樣，加入攪拌轉(zhuǎn)子離心攪拌，稀釋適當(dāng)倍數(shù)后測其吸光度，結(jié)果如圖7所示。

　　由圖7可知，吸附處理高鹽亞甲基藍溶液時，活性炭的去除率明顯低于介孔碳。介孔碳在30min時對亞甲基藍的去除率就達到63%以上，比活性炭高出37%，吸附平衡時間約為60min。二者的吸附量分別為385.19mg/g，210.56mg/g，介孔碳是活性炭的1.83倍?？梢娊榭滋嫉奈叫Ч?，其吸附平衡時間更短。

　　2.7 介孔碳粉末的SEM表征

　　將按照實驗數(shù)據(jù)分析得到的最佳制備條件下制得的介孔碳材料進行掃描電鏡(SEM)表征，SEM工作條件為:選用EHT掃描模式，放大倍數(shù)為2萬倍，加速電壓為10kV，高度為9.6mm左右。掃描電鏡測試結(jié)果如圖8所示。

　　SEM圖中可以看出，該介孔碳粉末呈球形，比表面積較大，屬于介孔/大孔結(jié)構(gòu)，孔隙比較發(fā)達。介孔碳與污染物的接觸面積較大，吸附空間較大，從而其吸附能力較強。

　　3、結(jié)論

　　介孔碳最佳制備條件為：以間苯三酚/甲醛為碳源，質(zhì)量比為13的P123/F127為模板劑，0.15mL的鹽酸為催化劑，600℃的炭燒溫度，3h的炭燒時間，所得材料對高鹽亞甲基藍溶液的吸附量為385.19mg/g。

　　介孔碳提高了對高鹽亞甲基藍溶液的吸附效果，30min的去除率達到63%以上，比活性炭高出37%，吸附量是活性炭的1.83倍，縮短了吸附平衡時間，僅為60min。(來源：武漢工程大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，華中科技大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院)