实验01 活性炭吸附实验.doc

实验一 活性炭吸附实验1实验目的活性炭吸附工艺可用来去除异味、某些离子以及难以进行生物降解的有机污染物，以达到净化水质的目的。在吸附过程中，活性炭比表面积起着主要作用。同时，被吸附物质在溶剂中的溶解度也直接影响吸附的速度，此外，pH的高低、温度的变化和被吸附物质的分散程度也对吸附速度有一定影响。本实验采用活性炭间歇吸附方法来确定活性炭对水中所含某些杂质的吸附能力。通过本实验希望达到下述目的：(1)加深理解吸附的基本原理；(2)掌握活性炭吸附公式中常数的确定方法。2实验原理吸附是水、溶质和固体颗粒三者相互作用的结果。引起吸附的主要原因在于溶质对水的疏水特性和对固体颗粒的高度亲和力。溶质的溶解程度是影响吸附作用的重要因数。另外溶质和吸附剂之间的静电引力、范德华力和化学键也可以发生吸附。对此吸附可分为交换吸附、物理吸附、化学吸附。在实际的吸附过程中这几种吸附往往同时存在，难于区分。吸附过程中，固、液两相经过充分的接触后，最终将达到吸附和脱附的动态平衡。达到平衡时，单位吸附剂所吸附的物质的量为吸附平衡量。对一定的吸附体系，平衡吸附量是吸附质浓度和温度的函数。将平衡吸附量qe 与相应的平衡浓度作图Ce 得吸附等温线。常用的有Langmuir等温式、B.E.T.等温式、Freundlich等温式。活性炭对水中所含杂质的吸附既有物理吸附现象，也有化学吸着作用。有一些被吸附物质先在活性炭表面上积聚浓缩，继而进入固体晶格原子或分子之间被吸附，还有一些特殊物质则与活性炭分子结合而被吸着。当活性炭对水中所含杂质吸附时，水中的溶解性杂质在活性炭表面积聚而被吸附，同时也有一些被吸附物质由于分子的运动而离开活性炭表面，重新进入水中即同时发生解吸现象。当吸附和解吸处于动态平衡状态时，称为吸附平衡。这时活性炭和水（即固相和液相）之间的溶质浓度，具有一定的分布比值。如果在一定压力和温度条件下，用m克活性炭吸附溶液中的溶质，被吸附的溶质为x毫克，则单位重量的活性炭吸附溶质的数量qe，即吸附容量可按下式计算：qe的大小除了决定于活性炭的品种之外，还与被吸附物质的性质、浓度、水的温度及pH值有关。一般说来，当被吸附的物质能够与活性炭发生结合反应、被吸附物质又不容易溶解于水而受到水的排斥作用，且活性炭对被吸附物质的亲和作用力强、被吸附物质的浓度又较大时，qe值就比较大。在水处理中通常用Freundlich表达式来比较不同温度和不同溶液浓度时的活性炭的吸附容量，即：式中：qe吸附容量(mg/g)； K与吸附比表面积、温度有关的系数； n与温度有关的常数，n1； Ce吸附平衡时的溶液浓度(mg/L)。这是一个经验公式，通常用图解方法求出K，n的值为了方便易解，往往将式变换成线性对数关系式：式中：C0水中被吸附物质原始浓度(mg/L)； Ce被吸附物质的平衡浓度(mg/L)； m活性炭投加量(g/L)。3实验装置与设备3.1实验装置本间歇性吸附实验采用三角烧杯内装入活性炭和水样进行振荡方法。3.2实验设备及仪器仪表振荡器（SHY-100A）；pH计（pHS-25）；活性炭（过200目筛）；温度计（0100）；三角瓶（250mL，12个）；烘箱（DHG-9240A）；可见光分光光度计（723型）；量筒（200mL，1个）；电子分析天平（BS124S）；筛（200目）；碱性紫；滤纸；取样针管4实验步骤4.1绘制标准曲线1 配备0.001g/L的碱性紫溶液；2 用分光光度计扫描吸光度与波长间的关系，确定最大吸光度的对应波长；3 将1准备的碱性紫溶液稀释，每稀释一次就用分光光度计从2所得波长测得吸收量（用吸光度或透光率表示），最少要求五个点。4 绘制吸光度与碱性紫浓度（克碱性紫/升溶液）的关系曲线，即标准曲线。4.2吸附等温线间歇式吸附实验步骤1 将活性炭放在蒸馏水中浸泡24小时以上，然后放在105烘箱内烘干至恒重，再将烘干的活性炭压碎、筛分，使其粒径处于严格的范围内（考虑到粒状活性炭要达到吸附平衡耗时太长，往往需要数日或数周，为使实验能在短时间内完成，本实验采用能通过200目筛孔的粉状活性炭）。2 在12个三角玻璃瓶中，装入以下重量的已准备好的粒状活性炭：0、10、20、30、40、50、60、75、90、105、120和150毫克；3 准备浓度为0.001g/L的碱性紫溶液10 L；4 在以上三角烧瓶中各注入150毫升克0.001g/L的碱性紫溶液；5 为尽快达到吸附平衡，将三角瓶置于振荡器上震动120 min，然后用静沉法或过滤法使活性炭与溶液分离；6 测定每个瓶中溶质的吸收量，并用标准图交换为浓度单位；7 计算每个瓶中转移到活性炭表面上的碱性紫的量。以克分子（活性炭）表示。表1 活性炭间歇吸附实验纪录序号活性炭投加量/mg碱性紫溶液体积/mL水温/吸附前吸附后吸附容量/(mg/g)吸光度碱性紫浓度/(mg/L)pH吸