环境化学实验(曲师)

1、活性炭吸附染料废水实验1.实验目的（只要求做间歇法，连续法的内容不用管！）了解活性炭的吸附工艺及性能掌握用实验方法(间歇法)确定活性炭吸附处理污水的设计参数的方法。2实验装置及材料(1)间歇式活性炭吸附装置 间歇式吸附用三角烧杯，在烧杯内放入活性炭和水样进行振荡。(2)连续式活性炭吸附装置 连续式吸附采用有机玻璃柱D25mm×1000mm，柱内500750mm高烘干的活性炭，上、下两端均用单孔橡皮塞封牢。各柱下端设取样口。装置具体结构如图410所示。(3)间歇与连续流实验所需的实验器材振荡器(1台)。有机玻璃柱(3根D25mm×1000mm)活性炭。三角烧瓶(2个，500m

2、L)COD测定装置。配水及投配系统。酸度计(1台)。温度计(1只)。漏斗(6个)。定量滤纸。3.实验步骤(1)间歇式吸附实验将活性炭放在蒸馏水中浸泡24h，然后在10 5烘箱内烘24h，再将烘干的活性炭研碎成能通过270目的筛子(0.053mm孔眼)的粉状活性炭。测定预先配制的废水水温、pH值和COD。在5个三角烧瓶中分别加入100mg、200mg、300mg、400mg、500mg粉状活性炭。在每个烧瓶中分别加入同体积的废水进行搅拌。一般规定，烧瓶中废水COD(mgL)与活性炭浓度(mg/L)比值为0.55.0。将上述5个三角烧瓶放在振荡器上振荡，当达到吸附平衡时即可停止。（振荡时间一般为3

3、0min以上)。过滤各三角烧瓶中废水，并测定COD值， 上述原始资料和测定结果记入表411。(2)连续流吸附实验 配制水样或取自实际废水，使原水样中含COD约l00mg/L，测出具体的COD，pH值、水温等数值。 打开进水阀门，使原水进入活性炭柱，并控制为3个不同的流量(建议滤速分别为5 mh， l 0 mh， 15 mh) 运行稳定5min后测定各活性炭出水COD值。 连续运行23h，每隔30min取样测定各活性炭柱出水COD值一次。 将原始资料和测定结果记人表412。 4实验相关知识点 活性炭具有良好的吸附性能和稳定的化学性质，是目前国内外应用比较多的一种非极性吸附剂。与其他吸附剂相比，活

4、性炭具有微孔发达、比表面积大的特点。通常比表面积可以达到500一1700m2g，这是其吸附能力强，吸附容量大的主要原因。 活性炭吸附主要为物理吸附。吸附机理是活性炭表面的分子受到不平衡的力，而使其他分子吸附于其表面上。当活性炭在溶液中的吸附处于动态平衡状态时称为吸附平衡，达到平衡时，单位活性炭所吸附的物质的量称为平衡吸附量。在一定的吸附体系中，平衡吸附量是吸附质浓度和温度的函数。为了确定活性炭对某种物质的吸附能力，需进行吸附试验。当被吸附物质在溶液中的浓度和在活性炭表面的浓度均不再变化，此时被吸附物质在溶液中的浓度称为平衡浓度。活性炭的吸附能力以吸附量q表示，即 (4-8)式中 q一一活性炭吸

5、附量，即单位质量的吸附剂所吸附的物质量，gg； V污水体积，L； c0，c分别为吸附前原水及吸附平衡时污水中的物质的浓度，gL m活性炭投加量，g。 在温度一定的条件下，活性炭的吸附量q与吸附平衡时的浓度c之间关系曲线称为吸附等温线。在水处理工艺中，通常用的等温线有Langmuir和Freundlich等。其中Freundlich等温线的数学表达式为q=Kc1/n (4-9)式中 K与吸附剂比表面积、温度和吸附质等有关的系数； n与温度、pH值、吸附剂及被吸附物质的性质有关的常数； g，c同前。 K和n可通过问歇式活性炭吸附实验测得。将上式取对数后变换为 (4-10)将g和c相应值绘在双对数坐

6、标上，所得直线斜率为1/n，截距为K。 由于间歇式静态吸附法处理能力低，设备多，故在工程中多采用活性炭进行连续吸附操作。连续流活性炭吸附性能可用博哈特(Bokart)和亚当斯(Adams)关系式表达，即 (4-11)因exp(KN0H/v)1，所以上式等号右边括号内的l可忽暗不计，则工作时间t由上式可得(4-12)式中 t工作时间，h； v一流速，即空塔速度，mh； H一一活性炭层高度，m； K速度常数，m3(mgh)或L(mgh)； N0一一吸附容量，即达到饱和时被吸附物质的吸附量，mg/L； c0入流溶质浓度，molm3或(mgL)； cB允许流出溶质浓度，molm3或(mgL)。 在工作

7、时间为零的时候，能保持出流溶质浓度不超过cB的炭层理论高度称为活性炭层的临界高度Ho。其值可根据上述方程当t0时进行计算，即 (4-13) 在实验时，如果取工作时间为t，原水样溶质浓度为col，用三个活性炭柱串联(见图4l0)，第一个柱子出水为cB1，即为第二个活性炭柱的进水c02：，第二个活性炭柱的出水为cB2，就是第三个活性炭柱的进水c03，由各柱不同的进出水浓度可求出流速常数K值及吸附容量N。 5实验数据及结果整理 (1)间歇式吸附实验 根据表411记录的数据以lg(c0-c)/m为纵坐标，lgcB为横坐标，得出Freundlich(费兰德利希)吸附等温线图，该线的截距为lgK，斜率为1

8、/n。或利用q、c相应数据和式(49)经回归分析，求出K、n值。 求出K、n值代入Freundlich吸附等温线，则 (4-14)图4-10 活性炭柱串联工作图表411 间歇式吸附实验记录表2)连续流吸附实验实验测定结果按表412填写。原水COD浓度c0 mg/L，水温 ，pH值 ，活性炭吸附容量No gg活性炭。表412 连续流吸附实验记录表 由表412中所得tH直线关系的截距，即为式(412)中的应用关系式求出K值。然后推算出的10mg/L时活性炭校的工作时间。 根据间歇吸附实验所求得的q即为N0值，把上表的co，V代入下式中求得吸附容量下吸附时间与吸附层高度的关系为 (4-15) 6注意事项 间歇吸附实验中所求得的q，如出现负值，则说明活性炭明显地吸附了溶剂，此时，应调换活性炭或原水样。 连续流吸附实验中，如果第一个活性炭柱出水中COD值很小，小于20mgL，则