静态吸附实验指导书.doc

静态吸附实验指导书 静态吸附实验指导书 一、实验目的 1、了解吸附剂的吸附性能和吸附原理； 2、掌握吸附等温线和吸附动力学方程。 二、实验水样与吸附剂实验水样采用一定浓度的自配有机物溶液（如浓度为25mg/L的亚甲基蓝溶液）。 选定某有机物之前首先需确定该有机物浓度的分析方法。 吸附剂为活性炭，有粉末、粒状和柱状等多种形式。 粉末活性炭的制备过程如下吸附剂经磨细（一般采用通过0.1mm筛孔以下的粒径）、水洗后，分别配制成80目和200目，在110下干燥（烘干1小时）后备用。 三、实验原理活性炭的吸附能力以吸附量q e表示，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q e即为吸附容量（吸附量）。 0()eeV CC xqmm?=式中q e活性炭吸附量，即单位重量的活性炭所吸附的物质重量，mg/g；x被吸附物质重量，mg；m活性炭投加量，g；V水样体积，L；C 0、C e分别为吸附前原水及吸附平衡时污水中的物质浓度，mg/L。 q e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pH值有关。 由吸附容量q e和平衡浓度C e的关系所绘出的曲线为吸附等温线，表示吸附等温线的公式为吸附等温式。 最常用的吸附等温式是朗格缪尔（Langmuir）模型和弗兰德利希（Freundich）模型。 Langmuir方程是假设吸附剂的表面是单 一、开放的，且任一个吸附位点只能容纳一个被吸附离子，且所有吸附位点的吸附性能相同，故属于单分子层吸附模型。 当吸附剂表面的吸附位点达到饱和时，吸附剂的吸附量为最大值，在吸附剂表面上的各吸附位点间无被吸附离子的转移运动，且在体系达到平衡时，吸附与脱附速度是相等的。 Freundlich方程假设吸附剂表面的活性吸附位点的分布是不均匀的，吸附不受单层吸附的限制，可以用来描述不同体系的可逆吸附。 Langmuir q e=q maxbC e/(1+bC e)；C e/q e=1/q maxb+C e/q max（线性表达式）以（在坐标轴上，以1/q e（g/mg）为纵坐标，1/C e（L/mg）为横坐标，按静态吸附实验结果绘图，可得直线，纵坐标上的截距为）为横坐标，按静态吸附实验结果绘图，可得直线，纵坐标上的截距为q max为值，斜率为b值。 ）Freundich q e=1nexKCm=；logq e=logK+1/n logC e（线性表达式）量（在双对数坐标轴上，以吸附容量q e为纵坐标，C e为横坐标，按静态吸附实验结果绘图，可得直线，纵坐标上的截距为为横坐标，按静态吸附实验结果绘图，可得直线，纵坐标上的截距为K值，斜率为1/n值。 ）式中C0是溶液的初始污染物浓度，mgL-1；Ce是溶液中污染物的平衡浓度，mgL-1；q e和q max分布是平衡吸附量和最大吸附量mgg-1；b是Langmuir模型常数；K和n是Freundlich模型常数。 从Langmuir方程中定义一个无量纲分离因子R L，来预测该吸附反应是否为有利过程，其定义式为R L=1/(1+bC0)R L1时为不利吸附；R L=1时为线性吸附；R L=0时为不可逆吸附；0R L1时为有利吸附，且在此范围内，R L越大，越有利于污染物的去除。 由吸附等温线可以比较不同活性炭的吸附效果，并由此计算将所需去除的溶质从初始浓度C0降低到要求浓度，所需投加的活性炭数量。 吸附动力学的研究可以直观地说明吸附反应是如何进行的，反应速率有多大，它主要研究吸附速率随时间的变化规律，分析对速率的影响因素，继而探讨吸附机理。 动力学研究和动态连续性吸附研究，提供了吸附反应的速率和水动力参数，这在工艺流程设计中都是非常重要的。 吸附过程受扩散控制、混合控制、势垒控制的影响，学者研究创建了基于反应时间、以吸附量为基础的动力学模型来描述吸附系统的反应级数。 为了研究吸附机理和吸附过程潜在的速率控制步骤，比如膜传质阻力、颗粒内扩散和快速的、无速率控制的阶段的扩散过程等对化学反应进程的影响，多采用动力学模型来对污染物的吸附实验数据进行检验。 假设吸附剂微粒是球形的，且只发生吸附剂的表面吸附。 只要实验数据是在充分振荡混匀的静态吸附实验中进行的，即可假定外部的膜扩散对吸附速率是没有影响的。 常用的吸附动力学方程有准一级动力学模型和准二级动力学模型。 准一级动力学模型假定吸附受扩散步骤的控制，且吸附速率与平衡吸附量与t时刻吸附量的差值成正比，其具体表达式为dq t/dt=k1(q e-q t)；lg(q e-q t)=lgq e-(k1/2.303)t（线性表达式）（在坐标轴上，以lg(q e-q t)为纵坐标，t（min）为横坐标，按静态吸附实验结果绘图，可得直线，纵坐标上的截距为）为横坐标，按静态吸附实验结果绘图，可得直线，纵坐标上的截距为q e值，斜率为k1值。 ）准二级动力学模型假定吸附速率受化学吸附机理的控制，该机理涉及到吸附剂与要去除离子之间的电子共用或转移，其具体表达式为dq t/dt=k2(q e-q t)2；t/q t=(k2q e2)-1+t/q e（线性表达式）（在坐标轴上，以t/q t为纵坐标，t（min）为横坐标，按静态吸附实验结果绘图，可得直线，纵坐标上的截距为）为横坐标，按静态吸附实验结果绘图，可得直线，纵坐标上的截距为qe值，斜率为k2值。 ）式中q t为t时刻的吸附量，mgg-1；qe为平衡吸附量，mgg-1；t为吸附反应时间，min；k1为准一级吸附速率常数，min?1；k2为准二级吸附速率常数，g(mgmin)-1。 四、实验步骤 （1）器材准备将活性炭用蒸馏水洗去细粉，并在105温度下烘至恒重。 （2）标准曲线配置不同浓度（ 1、2. 5、 5、7. 5、 10、 15、20mg/L）的亚甲基蓝标准溶液各1000mL，在665nm的波长下，用分光光度计测得吸光度值，绘制吸光度和亚甲基蓝溶液浓度之间的关系曲线，即标准曲线。 （3）吸附实验A在6个250mL的三角烧瓶中分别投加 25、 50、 75、 100、 125、150mg活性炭，再分别加入25mg/L的亚甲基蓝溶液100mL，测定水温，将三角烧瓶放在振荡器上以180r/min振荡60min，用漏斗和滤纸滤出活性炭。 B取100mg的活性炭分别放入6个250ml的三角烧瓶中，再分别加入100ml实验水样（25mg/L的亚甲基蓝溶液），置于恒温振荡器中以180r/min振荡，分别在5min、10min、15min、30min、45min、60min、75min时，用滤纸滤除吸附剂。 （4）吸附测试利用分光光度计测定滤出液的吸光度，在标准曲线上查出对应的亚甲基蓝浓度。 （5）数据处理根据原始数据计算活性炭对亚甲基蓝的吸附量和去除率。 以朗格缪尔和弗兰德利希方程的形式求出其吸附等温方程式，以准一级和准二级吸附速率模型方程的形式求出其吸附动力学参数，并绘制吸附等温线及吸附动力学的拟合图。 五、实验原始数据记录表1亚甲基蓝溶液标准曲线原始数据记录表C（mg/L）515202530A表2活性炭静态吸附实验吸附等温线原始数据记录表m（mg）153045607590A表3活性炭静态吸附实验吸附动力学原始数据记录表t（min）515306090120A 六、实验结果分析 1、吸附等温线和吸附动力学有什么现实意义？ 2、活性碳投加量对于