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，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，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，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明显，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值中大值与小值的差，R2值是因素B(溶液的pH值)的K值中大值与小值的差，R3值是因素C(搅拌时间)的K值中大值与小值的差，R4值是因素D(溶液的温度)的K值中大值与小值的差，R5值是因素E(溶液的盐度)的K值中大值与小值的差，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，吸光度和的平均值小，说明此时吸附效果好。在溶液pH为7(B2)时，吸光度和的平均值小，说明此时吸附效果好，pH为9时吸光度和的平均值大，说明此时吸附效果不好。在搅拌时间20min(C1)时，吸光度和的平均值小，说明此时吸附效果好。在溶液温度为D240℃时，吸光度和的平均值小，说明此时吸附效果好。在溶液盐度为40mg/L(E2)时，吸光度和的平均值小，说明此时吸附效果好。
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的组合好，吸附的佳条件为: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。利用这一吸附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；盐酸改性活性炭的适pH值为7.0。
