活性炭具有独特的吸附表面结构和表面化学性质，机械强度高，耐酸、耐碱、耐热，不溶于水和有机溶剂，是性能优异的吸附剂。目前活性炭已广泛应用于化工、环保、食品加工、冶金、药物精制、军事化学防护等领域。焦化废水中有较高浓度的酚类、吡啶、呋喃、氯代物、喹啉、氰化物、氨氮等物质，以上污染物多具有生物异质性和有毒性，且可生化性差，因此焦化废水属于难降解工业废水。文章采用改性活性炭去除焦化废水中酚类污染物，同时进一步研究改性活性炭在不同外界环境下对酚类有机污染物吸附效果，以期有效去除废水中酚类污染物。
1、实验部分
1.1 实验设备和材料
1.1.1 仪器与设备
实验所用的仪器及设备，见表1。
1.1.2 实验试剂
分析纯邻甲酚、分析纯对甲酚、色谱纯乙酸乙酯、盐酸、硝酸、氢氧化钾、氢氧化钙、氯化钠均购自天津市永大化学试剂有限公司。活性炭来自江苏森森炭业科技有限公司。
1.1.3 检测方法
采用紫外分光光度计对焦化废水中的酚类物质进行检测，选用波长在200~400nm之间全扫。邻甲酚的定量波长选取271nm，对甲酚的定量波长选取277nm。
1.2 实验方法
1.2.1 改性活性炭制备
活性炭于去离子水中浸泡20min后洗涤，反复冲洗多次去除杂质，放入马弗炉105℃烘干，放入干燥器中备用。
选取HCl、HNO3、KOH、Ca(OH)2作为改性液，将50g活性炭和1.0mol/L改性液，按照活性炭质量与改性剂量为1∶4的比例放于烧杯中，浸泡4h、震荡4h、过滤。将改性处理后的活性炭用去离子水洗涤至中性，放入马弗炉105℃条件下干燥后备用。
1.2.2 吸附实验
①向纯水中加入对甲酚，将其配置为50mg/L的溶液，往5只装有10mL对甲酚溶液的离心管中分别加入吸附剂(HCl改性、HNO3改性、KOH改性、Ca(OH)2改性、未改性的活性炭)，另一只离心管中加入纯对甲酚水溶液作为对照实验。设置3组平行对照试验。
②向纯水中加入邻甲酚，将其配置为50mg/L的溶液，往5只装有10mL邻甲酚溶液的离心管中分别加入吸附剂(HCl改性、HNO3改性、KOH改性、Ca(OH)2改性、未改性的活性炭)，另一只离心管中加入纯邻甲酚水溶液作为对照实验。设置3组平行对照试验。
将上述离心管放置于水浴恒温振荡器上振荡30min。等达到充分吸附平衡状态后，溶液静置30min，用滤纸把吸附剂过滤，过滤液进行紫外检测。
1.2.3 正交实验
影响活性炭吸附处理焦化废水中酚类污染物的主要因素包括溶液的pH值、反应时间、反应温度、吸附剂的投加量以及溶液的盐度等。该项实验采用五因素四水平的L16(45)正交实验设计方案，用HCl改性的活性炭吸附邻甲酚，分别改变5个因素，其中5个因素包括活性炭的投加量、反应溶液的pH值、活性炭投加后的振荡时间、溶液的温度、溶液的盐度。以紫外分光光度计检测吸光度作为实验评估标准。实验正交设计，见表2。
2、结果与讨论
2.1 吸附实验
空白对照组中邻甲酚和对甲酚的吸光度分别为0.913和1.313，而用活性炭及改性活性炭吸附后，邻甲酚和对甲酚的吸光度均低于空白对照组，说明活性炭对邻甲酚和对甲酚是有吸附作用的。改性活性炭对邻甲酚和对甲酚的吸附效果，见图1。
由图1可见，盐酸和硝酸改性的活性炭对邻甲酚和对甲酚的吸附效果最好，因为盐酸和硝酸使活性炭的孔隙结构变得更加的丰富，比表面积也随之相应的增大，所以在吸附邻甲酚和对甲酚时效果比较明显。
2.2 正交实验
从吸附实验看出，盐酸改性活性炭对邻甲酚和对甲酚吸附效果最明显，因此在正交实验中活性炭采用盐酸改性活性炭。以pH为9浓度为100mg/L邻甲酚作为空白对照实验，其吸光度为2.963，其他邻甲酚吸光度正交结果，见图2。
由图2可见，活性炭的投加量、溶液pH值、搅拌时间、溶液温度、溶液盐度均可以影响吸附剂的吸附效果。正交实验数据进行极差分析，见图3。
其中，因素A(活性炭的投加量)的K11是HCl改性活性炭的投加量为0.3g/10mL时四组实验吸光度和的平均值，因素B(溶液的pH值)的K11是溶液pH为6时四组实验吸光度和的平均值，因素C(搅拌时间)的K11是搅拌时间为20min时四组实验吸光度和的平均值，因素D(溶液的温度)的K11是溶液温度为30℃时四组实验吸光度和的平均值，因素E(溶液的盐度)的K11是溶液盐度为30mg/L的四组实验吸光度和的平均值；因素A(活性炭的投加量)的K12是HCl改性活性炭的投加量为0.6g/10mL时四组实验吸光度和的平均值，因素B(溶液的pH值)的K12是溶液pH为7时四组实验吸光度和的平均值，以此类推，其他因素的K1n的意义。R1值是因素A(活性炭的投加量)的K值中最大值与最小值的差，R2值是因素B(溶液的pH值)的K值中最大值与最小值的差，R3值是因素C(搅拌时间)的K值中最大值与最小值的差，R4值是因素D(溶液的温度)的K值中最大值与最小值的差，R5值是因素E(溶液的盐度)的K值中最大值与最小值的差，其中R值越大，说明它的影响越大，通过比较各因素的R值，来找各因素的影响差异。
由图3(a)可见，在HCl改性的活性炭投加量为0.3g/10mL(A4)时，吸光度和的平均值最小，说明此时吸附效果最好。在溶液pH为7(B2)时，吸光度和的平均值最小，说明此时吸附效果最好，pH为9时吸光度和的平均值最大，说明此时吸附效果不好。在搅拌时间20min(C1)时，吸光度和的平均值最小，说明此时吸附效果最好。在溶液温度为D240℃时，吸光度和的平均值最小，说明此时吸附效果最好。在溶液盐度为40mg/L(E2)时，吸光度和的平均值最小，说明此时吸附效果最好。
由图3(b)可见，R1>R2>R5>R4>R3，Rj越大，则此因素影响越大，从而得出各因素水平对吸附效果的影响大小为:HCl改性活性炭的投加量>溶液pH值>溶液的盐度>溶液的温度>搅拌时间。设计的实验组合以A4B2C1D2E2的组合最好，所以吸附的最佳条件为:HCl改性的活性炭投加量为1.5g/10mL，反应溶液的pH＝7，搅拌时间为20min，溶液温度为40℃，溶液的盐度40mg/L。进一步利用这一吸附最佳条件对废水中邻甲酚和对甲酚进行去除，发现邻甲酚和对甲酚的含量明显下降。
3、结论
(1)改性处理对活性炭的吸附效果有明显的改善，其中经盐酸改性的活性炭吸附效果最好。
(2)研究表明，活性炭投加量和溶液pH值对于盐酸改性活性炭的吸附效果影响较为显著。在一定范围内，盐酸改性活性炭投加量越大，吸附效果越好；盐酸改性活性炭的最适pH值为7.0。（来源：中国科学院生态环境研究中心环境影响评价部，华北科技学院环境工程学院）
