实验2 正交设计优化改性活性炭对铜离子的吸附性能.doc

本科生课程实验（生物工程专业2010年级一班）实验名称正交设计优化改性活性炭对铜离子的吸附性能 姓名李晓萌同组人姓名刘学伟 王晓婷 程瑶 李艳娟 李丹玉 马雪 于宝 张越唐二一三年五月实验2 正交设计优化改性活性炭对铜离子的吸附性能实验目的：在考虑交互作用AB的情况下，利用正交设计分析法考察不同因素对活性炭对铜离子吸附体系的影响；筛选出3因素3水平，选用L9(34)正交表优化活性炭对铜离子吸附体系工艺；采用DPS软件对于试验结果进行直观分析和方差分析，确定因素主次和最适水平并判断不同因素对体系影响的显著性，从而确定最佳体系工艺（其中A、B、C三个因素排列在第1、2和4列上，空列排列在第3列上，正交表中）。实验原理：活性炭常常作为吸附剂用在水处理中，活性炭是一种多孔性的含碳物质, 它具有高度发达的孔隙构造, 活性炭的多孔结构为其提供了大量的表面积，能与气体（杂质）充分接触，从而赋予了活性炭所特有的吸附性能，使其非常容易达到吸收收集杂质的目的。就像磁力一样，所有的分子之间都具有相互引力。正因为如此，活性炭孔壁上的大量的分子可以产生强大的引力，从而达到将有害的杂质吸引到孔径中的目的。实验药品及器材：硫酸铜母液（10 g/L, 10 g五水硫酸铜粉末溶于1000 mL蒸馏水中），改性活性炭（已制备），0.1 mol/L HCl溶液（约1 mL HCl加入蒸馏水稀释至100 mL），0.1 mol/L NaOH溶液（0.4 g NaOH粉末溶于100 mL蒸馏水中），可见分光光度计，水浴锅，温度计、恒温干燥箱等。试验方法：分别考察活性炭浓度（A因素0.15g、0.2g、0.3g）、吸附温度（B因素50、60、70）、吸附时间（C因素10 min、20 min、30min）以及AB对整个实验体系的影响，每种因素设计3个水平（根据单因素试验优化得出），选用L9(34)正交表优化试验方案。三种因素对整个实验体系的影响，以吸附量作为衡量指标：Ce(0-e)V/m式中：Ce为平衡吸附量（mg/g）；0和e分别为原溶液和吸附后溶液铜离子浓度（mg/L）；V为溶液体积（L）；m为改性活性炭的质量。根据正交设计表，分别制备不同的处理，将一定量的活性炭（单因素优化后结果）加入到5 mL 浓度为5g/L的CuSO4 中，再将反应体系放置于一定温度的水浴锅中（单因素优化后结果），水浴一段时间后（单因素优化后结果），常温竖直静置10分钟后，取上清液3 mL加入到比色皿中测定铜离子的吸光度。每个样品重复测三次，记录数据，根据单因素优化过程中所绘制的标准曲线，计算每一个处理的吸附量。实验步骤： 1.取一支试管，量0.1克活性炭并取5 mL (5 g/L) CuSO4于试管中，数值精致三分钟立即测定其吸光度，记录数据。 2.取九支试管，每支试管中均加入5 mL (5 g/L) CuSO4，再分别称取三个0.15g,三个0.2g，三个0.3g分别按正交表所写顺序放入不同的温度中进行不同时间的水浴，时间达到时取出在试管架上竖直静止10min，在分别取出3ml与比色皿上测其吸光度，每组测三个数值，记录数据。数据处理与结果：L9(34)正交表如下：Ce(0-e)V/m 0=0.388mg/ml V=3ml 编号因素A因素B空列因素C吸附量吸光度吸光度平均值NO.活性炭质量g温度0C时间minmg/ml11111-4.520.6140.6140.6140.61421222-0.920.4280.4390.4360.43431333-0.040.3900.3900.3900.39042123-3.30.6080.6080.6080.60852231-0.980.4480.4610.4500.453623120.6150.3420.3550.3430.34773132-6.320.9991.0341.021.0283213-0.910.4780.4830.4760.479933210.180.3650.3730.3710.37正交设计方差分析表(完全随机模型)变异来源平方和自由度均方F值p-值第1列1.91320.95650.96370.5092第2列40.3266220.163320.31420.0469第3列 *1.985120.9926第4列0.943220.47160.47510.6779误差1.985120.9926总和45.1679根据p值可以看出活性炭浓度(A因素)和吸附时间(C因素)没有显著性影响，但吸附温度（B因素）有显著性影响。根据直观分析可以看出因素的主次为吸附温度（B因素）、活性炭浓度(A因素)、吸附时间(C因素)。通过一定的计算可以看出最优方案为活性炭为0.2g,吸附温度为70,吸附时间为30min（B3 A2 C3）。结果讨论分析 此实验是正交设计优化改性活性炭对铜离子的吸附性能。基于上一个实验单因素对整个吸附体系的显著性影响研究，可以更好地利用正交设计确定因素的主次和最适水平，最终选择最佳的铜离子的吸附体系的方案。可以从图表中看出可以看出活性炭浓度(A因素)和吸附时间(C因素)没有显著性影响，但吸附温度（B因素）有显著性影响。可以直观看出因素的主次为吸附温度、活性炭的浓度、吸附时间。根据实验结果可以很好地选择最优水平，最优方案为活性炭为0.2g,吸附温度为70,吸附时间为30min（B3 A2 C3）。但实验中的吸附量只有两组的吸附量是正值，可能在操