活性炭吸附试验报告

1、活性炭吸附实验1 .实验目的本实验用亚甲基蓝(C16H18C1N3S代替工业废水中有机污染物，采用活性炭吸附法，探究活性炭投放量、吸附时间等因素对活性炭吸附性的影响，探究活性炭处理有机污染水体时的最优工艺参数。2 .实验原理2.1 活性炭特性活性炭是水处理吸附法中广泛应用的吸附剂之一，有粒状和粉状两种。其中粉末活性炭应用于水处理在国内外已有较长的历史。活性炭是一种暗黑色含炭物质，具有发达的微孔构造和巨大的比表面积。它化学性质稳定，可耐强酸强碱，具有良好吸附性能，是多孔的疏水性吸附剂。活性炭最初用于制糖业，后来广泛用于去除受污染水中的有机物和某些无机物。它几乎可以用含有碳的任何物质做原材料来制造

2、，活性炭在制造过程中，其挥发性有机物被去除，晶格间生成空隙，形成许多形状各异的细孔。其孔隙占活性炭总体积的70%80%,每克活性炭的表面积可高达5001700平方米，但99.9%都在多孔结构的内部。活性炭的极大吸附能力即在于它具有这样大的吸附面积1,2。2.2 活性炭吸附特征活性炭的孔隙大小分布很宽，从10-1nm到104nm以上，一般按孔径大小分为微孔、过渡孔和大孔。在吸附过程中，真正决定活性炭吸附能力的是微孔结构。活性炭的全部比表面几乎都是微孔构成的，粗孔和过渡孔只起着吸附通道作用，但它们的存在和分布在相当程度上影响了吸附和脱附速率。研究表明，活性炭吸附同时存在着物理吸附、化学吸附和离子交

3、换吸附。在活性炭吸附法水处理过程中，利用3种吸附的综合作用达到去除污染物的目的。对于不同的吸附物质,3种吸附所起的作用不同。(1)物理吸附分子力产生的吸附称为物理吸附，它的特点是被吸附的分子不是附着在吸附剂表面固定点上，而稍能在界面上作自由移动。物理吸附可以形成单分子层吸附，又可形成多分子层吸附。由于分子力的普遍存在，一种吸附剂可以吸附多种物质，但由于吸附物质不同，吸附量也有所差别。这种吸附现象与吸附剂的表面积、细孔分布有着密切关系，也和吸附剂表面力有关。(2)化学吸附活性炭在制造过程中炭表面能生成一些官能团，如梭基、轻基、淡基等，所以活性炭也能进行化学吸附。吸附剂和吸附质之间靠化学键的作用，

4、发生化学反应，使吸附剂与吸附质之间牢固地联系在一起。一种吸附剂只能对某种或特定几种物质有吸附作用，因此化学吸附只能是单分子层吸附，吸附是较稳定的，不易解吸。活性炭在制造过程中，由于制造工艺不一样，活性炭表面若有碱性氧化物则以吸附溶液中的酸性物质，若活性炭表面有酸性氧化物则以吸附溶液中的碱性物质。(3)离子交换吸附一种物质的离子由于静电引力聚集在吸附剂表面的带电点上，在吸附过程中，伴随着等量离子的交换口。离子的电荷是交换吸附的决定因素。被吸附的物质往往发生了化学变化，改变了原来被吸附物质的化学性质。这种吸附也是不可逆的，因此仍属于化学吸附，活性炭经再生也很难恢复到原来的性质3o2.3 活性炭在水

5、处理中的运用用活性炭吸附法处理污水或废水就是利用其多孔性固体表面，吸附去除污水或废水中的有机物或有毒物质，使之得到净化。研究表明，活性炭对分子量500-1000范围内的有机物具有较强的吸附能力。活性炭对有机物的吸附受其孔径分布和有机物特性的影响，主要是受有机物的极性和分子大小的影响。同样大小的有机物，溶解度越大、亲水性越强，活性炭对它的吸附性越差，反之，对溶解度小，亲水性差、极性弱的有机物如苯类化合物、酚类化合物等具有较强的吸附能力4活性炭水处理的主要影响因素有：活性炭的性质、吸附质性质、吸附质的浓度、溶液pH、溶液温度、多组分吸附质共存和吸附操作条件等5.3 .仪器与药品仪器可见分光光度计恒

6、温摇床药品亚甲基蓝、粉末活性炭(PAC)、不定型颗粒活性炭(GAC)4 .实验操作4.1 亚甲基蓝标线绘制1、 配制100mg/L的亚甲基蓝溶液：量取10ml1000亚甲基蓝母液于100ml容量瓶，用蒸储水稀释至标线。2、 用移液管分别移取亚甲基蓝标准溶液0.5、1、1.5、2、2.5ml于50ml比色管中，用蒸储水稀释至刻度线处，摇匀，以水为参比，在波长664nm处，用1cm比色皿测定吸光度，绘出标准曲线。4.2 吸附实验4.2.1 粉末炭与颗粒炭吸附效果比较分别称取0.01、0.02、0.04、0.08、0.l2gPAC或0.5、1、2、4、8gGAC力口入到100mL浓度为20mg/L的

7、亚甲基蓝溶液中，放入恒温振荡器中振荡，设置转速为200r/min,温度30C,反应30min,取上清液测定剩余溶液的吸光度，考察活性炭投加量对亚甲基蓝去除率的影响。4.2.2 活性炭吸附过程类型确定分别称取0.01、0.02、0.03、0.04、0.05gPAC或0.5、1、2、4、6gGAC力口入到100mL浓度为20mg/L的亚甲基蓝溶液中，放入恒温振荡器中振荡，设置转速为200r/min,温度30C,反应30min,取上清液测定剩余溶液的吸光度。根据吸附前后亚甲基蓝浓度差、溶液体积和吸附剂用量计算活性炭对亚甲基蓝的吸附容量(qe)。对试验数据分别做Langmuir吸附方程和Freundl

8、ich吸附方程拟合。4.2.3穿透曲线从吸附柱(20cm30cm)上口流进40mg/L的亚甲基蓝溶液，从吸附柱出口接样调节其流量为8ml/min,一定时间问隔后接样，分析其浓度。直到出口浓度为初始浓度的90班止，实验结束。5 .结果与讨论5.1 标准曲线不同浓度亚甲基蓝标液对应吸光度如表1所示。根据表中数据，绘制Abs-浓度曲线，如图1。表1,不同浓度亚甲基蓝对应吸光度数据表浓度mg/l012345Abs-0.0030.1650.3730.5910.810.998图1,亚甲基蓝吸收标准曲线标准曲线相关系数R=0.999,说明在664nm处，亚甲基蓝浓度在0-5mg/l与吸光度有较好的线性关系。

9、吸收曲线方程为y=0.2045x-0.0193。5.2 不同活性炭去除效果比较a-0OOS0.1ais图2,a为粉末活性炭添加量对20mg/l亚甲基蓝去除效果，b为颗粒活性炭添加量对20mg/l亚甲基蓝去除效果由图1可以看出，无论是颗粒炭还是粉末炭，在一定范围内，随投加量增加，对亚甲基蓝去除率都是先快速上升，后上升趋势减缓；对于20mg/l亚甲基蓝废水处理，粉末活性炭最佳投加量为0.08g,颗粒活性炭最佳投加量为8g,去除效果能达到95犯上；显然，粉末活性炭去除效率远高于颗粒活性炭，这是因为粉末炭比表面积远大于颗粒炭，而吸附现象发生在吸附剂表面上，所以吸附剂的比表面积是影响吸附的重要因素之一，

10、比表面积越大，吸附性能越好。5.3 吸附过程类型确定5.3.1 粉末活性炭单分子吸附的Langmuir方程为：q=kpqm/(1+kp)(1)方程两边取倒数得，1/q=1/(kqm)*1/p+1/q42)式2两边同时乘以p得，p/q=p/qm+1/kqm(3)由式3知，p/q和p呈直线关系，将实验数据整理为：表2P/(mg/l)14.206369.7535455.7129583.395111.972127p/qmg(C)/l245.2059190.3789119.96181.7857954.69661根据表2数据作p/q-p图，其相关系数为0.997,如图3Freundlich吸附方程为：q=

11、kp1/n(4)式4两边取对数得：Inq=1/nInp+Ink(5)由式5知，Inq和Inp呈直线关系，将实验数据整理为:表3Inp0.6791131.2223361.7427372.2776312.65369Inq-3.32269-3.18177-3.04443-2.97139-2.84841作Inq-Inp图，其相关系数为0.995,如图4图4,粉末炭Inq-Inp由以上计算可知，采用Langmuir方程拟合的线性相关性与Freundlich吸附方程相近，所以可以确定粉末炭对亚甲基蓝吸附过程即符合Langmuir型又符合qm=0.0353mg/mg(C);Freundlich型。由p/q-

12、p直线可计算出粉末炭饱和吸附量由直线斜率1/(kqm)=15.702,求得k=1.80.5.3.2 颗粒活性炭运用与5.3.1相同的原理和方法，分别作颗粒炭的p/q-p直线（图5）和Inq-Inp直线（图6）。mooooJ5000；OOOQ150001DOOO5000y-1468k+3741.8RJ=U994510图5,颗粒炭的p/q-p直线图6,颗粒炭Inq-Inp结合图5、6,颗粒炭Langmuir方程拟合的线性相关性远好于Freundlich吸附方程，可以确定颗粒炭对亚甲基蓝吸附过程即符合Langmuir型，饱和吸附量qm=2.7X10-4,k=2.52。5.4 吸附柱实验初始浓度为40

13、mg/l,进料流速为8ml/min,在不同填料高度下测定活性炭柱对亚甲基蓝的吸附性能，穿透曲线如图7.吸附柱高度分别为21cm和29cm出水浓度达到进水浓度90惭需时间分别为215min和275min,随着吸附柱高度增加，提高了活性炭对亚甲基蓝的吸附量，吸附终点推迟。不同吸附柱的穿透曲线相似，这是因为吸附平衡和传质扩散速率不随吸附柱高度的变化而变化6至于个别数据较异常，是因为实验所用活性炭颗粒较大，吸附柱难以填充密实，会存在相对较大的空隙，部分溶液直接通过这些空隙而减少与活性炭接触的时间,所以出水浓度会出现波动。050100200250300C/mln图7不同床高时的穿透曲线6 .思考题1.用间歇法处理5吨50mg/l废水，去除率90%求需活性炭质量。粉末炭饱和吸附量qm=0.0353mg/mg(C),固有：活性炭质量M=5X50X0.9+0.0353=6.37kg引用1沈渊玮，陆善忠.活性炭在水处理中的应用J.工业水处理,2007,04:13-16.2王丁明，曹国凭，贾云飞，刘鹏程.活性炭吸附技术