赵梦醒女士在读硕士研究生；
主要研究方向：造纸清洁生产技术。
目前，在国内外废纸作为一种可以反复利用的造纸原料[1]，回收、利用率逐年增加。脱墨污泥是废纸循环回用过程中的一种产物，主要由有机物（如细小纤维和油墨粒子等）和无机物（如碳酸钙、滑石粉等造纸填料和涂料）组成[2,3]。脱墨污泥的产量较高，一般占废纸原料重量的8%～15%[4]，一般被填埋和焚烧处理，对环境危害大，处理困难。脱墨污泥主要由C、H、O、N元素和少量金属元素、微量元素组成[1,2]，可以作为建材原材料[5]、造纸助剂[6]、肥料[7]等。由于脱墨污泥中含有8%左右碳元素[8]，可用来加工脱墨污泥基活性炭。
活性炭因其吸附容量大、吸附速率高和机械强度好等特点，常被用作吸附剂来处理污水、净化气体等，可有效去除废水的色度和有机物等。目前，活性炭是通过活化或高温炭化含木质素的原料来制备的疏水性吸附剂[9]，有一半多工业活性炭来自木材原料[9]。活性炭是通过利用表面微孔来吸附废水中有机物的，污染物在活性炭表面不断积累会导致活性炭的吸附能力下降、失活[9]。目前，我国研究人员[10,11]利用脱墨污泥生产脱墨污泥基活性炭，既能节约脱墨污泥处理成本，又能保护环境和自然资源。
Fe（Ⅲ）具有不可降解、易富集和对环境污染大等特点[12]，在生活和工业废水中逐渐积累直至严重超标，影响环境、治理困难。未经处理的含Fe（Ⅲ）废水直接排放会严重影响人体健康、农业生产和生态环境等。从来源上讲Fe（Ⅲ）离子主要来源于钢铁及金属加工企业废液，各种输水管道的酸腐蚀也会造成Fe（Ⅲ）离子进入到环境中，还有，近年来针对难降解废水，如有机农药废水、酚类废水、制浆造纸废水、印染废水等大量应用的Fenton氧化技术，也会造成大量含铁离子随处理后废水释放到环境中。Fe（Ⅲ）作为酸性腐蚀品，会破坏水体、土壤的酸碱平衡，并产生有较强吸附力的Fe(OH)3沉淀，导致水体出现铁腥味，影响动植物生长。研究表明人体内Fe（Ⅲ）存量对人体健康（糖尿病、心脏病等）有影响，过量Fe（Ⅲ）进入人体会导致铁中*、出现腹部不适等，严重时会导致休克。Fe（Ⅲ）作为微量营养物质参与微生物的各种生理过程，浓度过大会影响微生物的正常生理活动，影响废水净化效果。目前，可采用化学沉淀法、锰砂过滤法、Fenton法和生物吸附法等去除Fe（Ⅲ）。为避免铁离子污染，采用吸附法去除微量铁无疑是一个可行方法。
本课题利用自制脱墨污泥基活性炭吸附模拟废水中的Fe(Ⅲ),通过改变活性炭用量、吸附时间、溶液浓度和pH值等优化处理效果，对自制脱墨污泥基活性炭处理废水的可行性进行了研究。
1材料与方法
1.1实验原料
脱墨污泥：由APP宁波亚洲浆纸业有限公司提供混合办公废纸脱墨污泥。
1.2实验方法
1.2.1脱墨污泥基活性炭的制备
将洗涤干燥后的脱墨污泥用磷酸溶液浸渍24h后，在马弗炉（MFL—型，天津市华北实验仪器有限公司）中升温活化，用热水(＞90℃)洗涤至中性，℃干燥4h，研磨，过目筛网，备用。
1.2.2Fe（Ⅲ）的吸附实验
用邻菲啰啉分光光度法测定水溶液中铁离子含量[13]。用硫酸（1+1）溶解硫酸亚铁铵，得到0、1mg/l、2mg/l、3mg/l、4mg/l、5mg/l、10mg/l和25mg/lFe（Ⅲ）溶液，按顺序置于碘量瓶（ml）中，编号1#～8#；分别加入1ml盐酸（1+3）和1ml盐酸羟胺，煮沸。到剩余溶液在15ml左右时停止加热，倒入比色管（50ml）内；再加少量饱和CH3COONa溶液至刚果红试纸变红后，加入5ml乙酸缓冲液和2ml邻菲啰啉，补充水至50ml，混合均匀后检测其吸光度（nm），并绘制标准曲线（见图1）。
2结果与讨论
2.1Fe(Ⅲ）初始浓度对脱墨污泥基活性炭吸附Fe(Ⅲ）效果的影响
改变Fe（Ⅲ）初始浓度（分别取50mg/l、mg/l、mg/l、mg/l、mg/l，在pH值为2、脱墨污泥基活性炭用量为5g/l条件下在摇床上以r/min转速恒温（25℃）振荡2h，结束后用定性中速滤纸迅速过滤，测定其吸光度，根据Fe（Ⅲ）溶液标准曲线计算出相应的Fe（Ⅲ）浓度、活性炭吸附量及Fe（Ⅲ）去除率，结果如图2所示。
由图2可得，脱墨污泥基活性炭对铁离子的去除率随Fe（Ⅲ）浓度增加而降低，Fe（Ⅲ）浓度从50mg/l升至mg/l，Fe（Ⅲ）降低48.07%，而Fe（Ⅲ）去除速率在Fe（Ⅲ）浓度达到mg/l后变缓；而活性炭对Fe（Ⅲ）的吸附量与Fe（Ⅲ）浓度呈负相关关系。由于活性炭是利用表面的微孔来吸附Fe（Ⅲ）等物质，但当模拟废水溶液中Fe（Ⅲ）浓度较低时，有足够的活性炭，能够吸附Fe（Ⅲ）的表面微孔较多，活性炭的活性位点较多；但当溶液中Fe（Ⅲ）浓度较高时，部分Fe（Ⅲ）吸附到活性炭表面微孔中，并逐渐积累，迅速达到活性炭表面Fe（Ⅲ）数量饱和，导致其吸附能力下降，剩余Fe（Ⅲ）需要进入活性炭内表面，扩散较慢，因此很难继续对Fe（Ⅲ）进行吸附，这也是高浓度Fe（Ⅲ）的吸附量较高的原因[14～16]。为了达到较好的处理效果和方便观察后续实验处理结果，故选取Fe（Ⅲ）初始浓度为mg/l。
2.2脱墨污泥基活性炭用量对其吸附Fe（Ⅲ）效果的影响
改变活性炭用量（分别取2.5g/l、5g/l、7.5g/l、10g/l、20g/l活性炭），在Fe（Ⅲ）初始浓度为g/l、pH值为2条件下在摇床上以r/min转速恒温（25℃）振荡2h，结束后用定性中速滤纸迅速过滤，测定其吸光度，测定其剩余Fe（Ⅲ）溶液浓度，根据Fe（Ⅲ）溶液标准曲线计算出相应的Fe（Ⅲ）浓度、活性炭吸附量及Fe（Ⅲ）去除率，研究活性炭用量对Fe（Ⅲ）吸附的影响效果，结果见图3。
如图3所示，脱墨污泥基活性炭用量不断增加，活性炭对Fe（Ⅲ）的吸附量不断降低，吸附速率也逐渐降低。当脱墨污泥基活性炭用量为2.5g/l时，吸附量最大，达到28.49mg/g；脱墨污泥基活性炭用量超过10g/l后，吸附量下降速率变缓，活性炭用量从10g/l增加到20g/l，吸附量仅减少了4.70mg/g。而Fe（Ⅲ）的去除率随脱墨污泥基活性炭用量的增加而增加，活性炭用量在小于10g/l这一范围内时，Fe（Ⅲ）的去除率变化较快，活性炭用量从2.5g/l增加到10g/l，Fe（Ⅲ）去除率增加了27.32%，由71.22%提高至90.68%；而当活性炭用量大于10g/l时，Fe（Ⅲ）的去除率，相对变化较为平缓，活性炭用量从10g/l增加到20g/l，Fe（Ⅲ）的去除率仅提高了3.64%。这说明活性炭用量变化影响其对Fe（Ⅲ）的吸附，活性炭用量较低时，Fe（Ⅲ）的相对含量较高，而活性炭表面微孔结构相对较少，使得吸附过程中的传质动力和传质速度较大，导致对Fe（Ⅲ）的吸附量较高而去除率较低；而当活性炭用量增加后，Fe（Ⅲ）的相对含量较低，活性炭相对较高，活性炭表面微孔堆积、重叠，传质动力不足，因而出现Fe（Ⅲ）去除率上升和活性炭吸附量迅速降低的现象[17，18]。兼顾Fe（Ⅲ）去除率和吸附量，选择7.5g/l为最佳用量。
2.3吸附时间对脱墨污泥基活性炭吸附Fe（Ⅲ）效果的影响
在Fe（Ⅲ）初始浓度为mg/l、pH值为2条件下，控制脱墨污泥基活性炭用量为7.5g/l；轻轻摇晃使活性炭完全润湿；调节恒温摇床温度为25℃，转速为r/min，将碘量瓶放入恒温摇床中分别振荡0.5h、1.0h、2.0h、3.0h、4.0h、5.0h，结束后用定性中速滤纸迅速过滤至试管中，测定其吸光度，根据Fe（Ⅲ）离子溶液标准曲线计算出相应的Fe（Ⅲ）浓度、活性炭吸附量及Fe（Ⅲ）去除率，并确定其吸附饱和时间，结果如图4所示。
由图4可知，脱墨污泥基活性炭对废水中Fe（Ⅲ）离子的去除率和吸附量均随吸附时间的增加而增加，但增加速率逐渐变慢，当吸附时间增加到3.0h后，增加幅度变小，并最终达到平衡状态，此后Fe（Ⅲ）去除率仅提高1.25%。吸附时间在0～3.0h范围内时，活性炭微孔结构相对较多，表面的活性位点较多，Fe（Ⅲ）优先扩散到活性炭表面微孔中；此时溶液中Fe（Ⅲ）浓度相对较高，吸附反应动力势能较高，因而Fe（Ⅲ）去除率和吸附量增长较快。吸附时间继续增加后，活性炭表面活性位点相对含量降低，Fe（Ⅲ）主要扩散到活性炭内表面，传质速度下降，Fe（Ⅲ）去除率和吸附量增加幅度较小。综合考虑，选用最佳吸附时间为3.0h。与钟选斌等人[15]研究的高比表面积活性炭纤维吸附Fe（Ⅲ）相比，最佳吸附时间减少了1h。这可能是缘于在脱墨污泥基活性炭中存在大量无机物去除后形成的丰富的大孔道结构，有利于Fe（Ⅲ）在活性炭中的传质扩散，活性炭吸附速率更快。
2.4pH对脱墨污泥基活性炭吸附Fe（Ⅲ）效果的影响
控制Fe（Ⅲ）的初始浓度为mg/l、脱墨污泥基活性炭用量为7.5g/l；用浓盐酸和氢氧化钠溶液将溶液pH调节至pH=1.0、2.0、3.0、4.0、5.0、6.0，轻轻摇晃使活性炭完全润湿；放在摇床上以r/min转速恒温（25℃）振荡3h，结束后用定性中速滤纸迅速过滤，结束后用定性中速滤纸迅速过滤至试管中，测定其吸光度。研究pH对脱墨污泥基活性炭吸附Fe（Ⅲ）效果的影响，结果见图5。
从图5可以看出，随着Fe（Ⅲ）溶液pH值提高，脱墨污泥基活性炭对Fe（Ⅲ）吸附效果越好。在pH＞4.0时，Fe（Ⅲ）离子的去除率迅速增加至99.89%。这可能是在偏碱性溶液中，Fe（Ⅲ）更易形成Fe（OH）3沉淀，从而使得活性炭的去除率急剧增加，导致测定出现误差。张克荣等人[17]研究表明在pH＜4.0时Fe（Ⅲ）离子主要以Fe3+和Fe（OH）2+形式存在；当pH=4.0时主要以Fe3+、Fe（OH）2+和Fe（OH）2+形式存在，并开始产生Fe（OH）3沉淀；当pH=8时Fe（Ⅲ）离子基本全部形成Fe（OH）3。由于pH=1.0的强酸环境较难实现，所以选择pH=2.0为最佳pH值，此时活性炭去除率和吸附量分别为89.03%和11.87mg/g。
2.5吸附动力学实验
用ml的容量瓶分别配制50mg/l、mg/l、mg/l、mg/l、mg/l的Fe（Ⅲ）溶液备用；分别取20ml上述Fe（Ⅲ）溶液置于ml碘量瓶中，编号1#～5#；控制脱墨污泥基活性炭用量为7.5g/l，在25℃的温度下恒温振荡3.0h，结束后用定性中速滤纸迅速过滤至试管中，测定其吸光度，根据Fe（Ⅲ）离子溶液标准曲线计算出相应的Fe（Ⅲ）离子浓度ce（平衡吸附浓度）、平衡吸附量Qe及其二者比值ce/Qe；对吸附结果模拟拟合，绘制出相应的等温吸附曲线，如图6所示。
模拟脱墨污泥基活性炭对Fe（Ⅲ）的吸附发现，Langumir等温式拟合较好，其相关系数R2达到0.，相关性较好；这说明脱墨污泥基活性炭对Fe(Ⅲ）的吸附类型为单分子层吸附，其等温吸附方程为：
Ce/Qe=1/bQm+Ce/Qm=0.+0.Ce(1)
由式（1）计算得其理论饱和吸附量Qm为40.87mg/g，吸附能力常数b为0.L/mg。与曾媛等人[19]使用的商品杏壳颗粒活性炭对Fe（Ⅲ）的理论饱和吸附量（40.76mg/g）相差不大，因此在Fe（Ⅲ）吸附量方面可以达到商品活性炭吸附能力。
3结论
3.1将脱墨污泥基活性炭应用于Fe（Ⅲ）离子的最佳吸附条件为活性炭用量7.5g/l、Fe（Ⅲ）离子溶液浓度mg/l、吸附时间3.0h和pH=2.0。
3.2脱墨污泥基活性炭在最佳吸附条件下，对Fe（Ⅲ）的去除率和吸附量分别为89.03%和11.87mg/g。
3.3动力学实验研究结果表明，自制脱墨污泥基活性炭对Fe（Ⅲ）的吸附效果好，可以达到商品活性炭吸附能力。
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