活性炭吸附試驗

1、實驗名稱：活性炭吸附實驗姓名：王義學(xué)號：3071401071專業(yè)：環(huán)境工程沖尸丿象實驗報告姓名：王義學(xué)號：3071401071日期： 2010-4-16地點：中心北樓513課程名稱： 指導(dǎo)老師：胡宏成績: 實驗名稱： 活性炭吸附試驗 類型： 同組學(xué)生姓名： 陳巧麗、林蓓一、實驗?zāi)康暮鸵螅ū靥睿┒嶒瀮?nèi)容和原理（必填）三、主要儀器設(shè)備（必填）五、實驗數(shù)據(jù)記錄和處理四、操作方法和實驗步驟六、實驗結(jié)果與分析（必填）七、討論、心得一、實驗?zāi)康暮鸵笤谙嘟缑嫔?，物質(zhì)的濃度自動發(fā)生變化的現(xiàn)象稱為吸附。吸附是一種界面現(xiàn)象，發(fā)生在兩個相的界面 上（它可發(fā)生在氣一液、氣一固、液一固兩相之間），活性炭吸附就是

2、利用活性炭作為吸附劑，使污水中 的一種或多種物質(zhì)被吸附而除去的方法。在活性炭吸附過程中，活性炭的比表面積，微孔的大小以及碳的 表面化學(xué)特性起著主要作用。同時吸附質(zhì)在水中的溶解度、分子極性、分子量大小及pH的高低，溫度的變化和接觸時間都對吸附效率有一定的影響。通過本實驗希望達到下述目的：加深理解吸附的其本原理； 掌握影響吸附效率的因素試驗； 掌握活性炭吸附公式中常數(shù)的確定方法。本實驗要求測定某一種吸附裝置的最佳工作條件，計算出最佳吸附效率。二、實驗內(nèi)容和原理由于吸附是一種表面現(xiàn)象，所以與表面張力、表面能的變化有關(guān)。如某溶質(zhì)能降低溶液的表面張力， 產(chǎn)生正吸附；如某溶質(zhì)能增加溶液的表面張力，產(chǎn)生負吸

3、附，或稱解吸，不僅表面不能吸附溶質(zhì)，反而有 排斥作用?；钚蕴繉λ须s質(zhì)的吸附既有物理吸附現(xiàn)象，也有化學(xué)吸著作用。物理吸附是吸附質(zhì)與吸附劑 之間的分子引力產(chǎn)生的吸附，是放熱反應(yīng)，吸附比較沒有選擇性，在低溫就能進行，也較易解吸?；瘜W(xué)吸 附是吸附質(zhì)與吸附劑之間由于化學(xué)鍵力發(fā)生了化學(xué)作用，使得化學(xué)性質(zhì)改變。化學(xué)吸附的特征為吸附熱大，相當于化學(xué)反應(yīng)熱；有選擇性；化學(xué)鍵力大時，吸附不可逆。活性炭是用木材、煤、果殼等含碳物質(zhì)在高溫缺氧條件下活化制成，比表面積大（500-1700m2/g）?；钚蕴课绞抢没钚蕴康奈锢砦?、化學(xué)吸附、氧化、催化氧化和還原等性能去除水中污染物的水處理 方法。水處理過程中使用的活

4、性炭有粉末炭和粒狀炭兩類。粉末炭采用混懸接觸吸附方式，而粒狀炭則采 用過濾吸附方式?；钚蕴课椒◤V泛用于給水處理及廢水二級處理出水的深度處理。其主要優(yōu)點是處理程度高，效果穩(wěn)定；缺點是處理費用高昂。當吸附和解吸處于動態(tài)平衡狀態(tài)時，稱為吸附平衡。這時活性炭和水之間的溶質(zhì)濃度，具有一定的分布比值。此時吸附質(zhì)在溶液中的濃度就稱為平衡濃度。吸附劑的吸附容量q與吸附平衡時溶液濃度 C的關(guān)系通常用Fruendlich表達式來比較不同溫度和不同溶液濃度時的活性炭的吸附容量，即:=KC1/n，則Ig qe rig C2- rig K 丄ig cmn式中：qe吸附容量（mg/g ）； K與吸附比表面積、溫度有關(guān)的

5、系數(shù)；n與溫度有關(guān)的常數(shù)，n>1 ； C0水中被吸附物質(zhì)原始濃度（ mg/l）；C吸附平衡時的溶液濃度（mg/l ）； M 活性炭投加量（g/l ）；三、主要儀器設(shè)備（一）實驗裝置本實驗間歇性吸附采用三角燒杯內(nèi)裝入活性炭和水樣進行振蕩方法，連續(xù)流式采用有機玻璃柱內(nèi)裝活性炭、水流自上而下連續(xù)進出方法。3t»計L圖1連續(xù)流吸附實驗裝置示意圖實驗名稱：活性炭吸附實驗姓名：王義學(xué)號：3071401071（二）實驗設(shè)備及儀器THZ 82型振蕩器1臺；pHS型pH計1臺；活性炭柱 90X 1000mm有機玻璃管3根；活性炭 柱狀活性炭 水樣調(diào)配箱105L 1個；測COD儀器1套；溫度計刻度

6、0 100C 1支；水泵1臺；四、操作方法和實驗步驟連續(xù)流吸附實驗步驟1、熟悉活性炭吸附柱的流程、閥門的位置和開閥的次序；2、測定原染料廢水的pH、吸光度，記入表中；3、 啟動水泵，打開活性炭吸附柱進水閥門，使原廢水進入活性炭柱，調(diào)節(jié)流量，控制接觸時間為10min , 待運行穩(wěn)定10min后，取活性炭柱出水測定 pH值及色度（吸光度）；4、 調(diào)節(jié)流量，分別控制接觸時間為 20min、30min、40min、50min工況，相應(yīng)的運行穩(wěn)定時間分別為20min、30min、40min、50min后，取活性炭柱出水分別測定pH值及色度（吸光度）；5、停泵，關(guān)閉活性炭柱進出水閥門。五、實驗數(shù)據(jù)記錄和處

7、理570nm;另一實驗小組本小組實驗中印染廢水的染料為分散染料，其最大吸收波長（分光光度法）為 第2頁/總7頁實驗名稱：活性炭吸附實驗姓名：王義學(xué)號：3071401071第4頁/總7頁實驗名稱：活性炭吸附實驗姓名：王義學(xué)號：3071401071的為活性紅染料，其最大吸收波長（分光光度法）為540nm ;實驗日期：2010年4月16日 水溫：12.1C（環(huán)境溫度約為15C）活性炭體積：6L100 %表1活性炭吸附試驗-不同染料出水數(shù)據(jù)表圖1活性炭吸附的接觸時間與出水吸光度0.14 -(q 穿透曲線）0.12 -分散染料T活性紅染料0.10 -0.08 -4540 -35 -30 -25 -20

8、-15 -10 -0.06 -01020304050接觸時間/min圖3接觸時間與出水色度去除率分散染料* 活性紅染料A=22.80 , B=0.40R=0.99728（活性炭吸附）Linear Regression for Data2_C:Y = A + B * X0 1110 20304050接觸時間/min序號接觸時間/min廢水流量L/h分散染料活性紅染料pH吸光度pH吸光度10（原水樣）7.890.0547.070.146210369.030.0517.570.106320189.140.0517.720.102430129.310.0508.500.0955409.09.380.0

9、498.630.0896507.29.390.0498.780.083色度去除率原水樣吸光度一岀水樣吸光度原水樣吸光度表2 活性炭吸附試驗-色度去除率數(shù)據(jù)表接觸時間/min1020304050分散染料5.56%5.56%7.41%9.26%9.26%活性紅染料27.40%30.14%34.93%39.04%43.15%0.160.14 -0.12 -0.10 -0.08 -0.06 -圖4出水pH與其吸光度關(guān)系曲線 （ 活性炭吸附）分散染料活性紅染料0.04 I 1 I 11 I 1 I 1 |1 I 1 I 1|1 I 1 I 1 I 1 I 1I-7.07.27.47.67.88.08.2

10、8.48.68.89.09.29.49.6pH六、實驗結(jié)果與分析【活性炭吸附穿透曲線及接觸時間與色度去除率關(guān)系曲線分析】由圖1、圖2可以看出：隨著接觸時間的增大， 染料廢水的吸光度均逐漸變小，色度去除率不斷增大；但相比之下，活性紅染料的色度變化比較明顯且趨于均勻減小，色度去除率隨接觸時間的增加而均勻增大，兩者線性關(guān)系很好（r=0.997 ），而分散染料在接觸時間為 20min開始，色度的減小、色度去除率的增大均 不明顯；分散染料隨著時間的增長其色度去除率已趨于穩(wěn)定，可能已經(jīng)達到飽和（最大吸附量），而活性 紅染料的仍呈增大趨勢，可見活性炭對活性紅染料的色度去除效果比其對分散染料的要好得多。以上均

11、說明活性炭對不同類型，特別是不同結(jié)構(gòu)的染料的吸附作用不同，活性炭吸附是利用活性炭的物理吸附、化學(xué)吸附、氧化、催化氧化和還原等性能去除水中污染物的水處理方法，并且一般以物理吸附 為主，物理吸附是吸附質(zhì)與吸附劑之間的分子引力產(chǎn)生的吸附?；钚蕴炕究梢钥闯墒且环N非極性的吸附劑，對水中非極性物質(zhì)的吸附能力大于極性物質(zhì)，吸附容量隨分子量的增大而增加；不飽和鍵的有機物較飽和的易吸附，芳香族的有機物較脂肪族的有機物易于吸附?；钚匀玖系奶攸c是分子中含有一個或幾個活性基，有偶氮型、蒽醌型、酞膏型等，母體上有較多的親水基 團，在水中溶解性很好；而分散染料分子量較小，結(jié)構(gòu)上不含水溶性基團，雖含有極性基團（如羥基、氨

12、 基、羥烷氨基等），仍屬非離子型染料?！净钚蕴课浇佑|時間與出水pH關(guān)系曲線圖分析】由圖3可看出，隨著接觸時間的增加，分散染料、活性紅染料的出水pH均增大，但是活性紅染料隨時間的增長其pH變化較大，而分散染料的出水pH自接觸時間為20min開始增大趨勢就不明顯。本實驗中活性炭為高溫活化的活性炭，具有堿性官能團，在吸附過程中會釋放OH-，使活性炭吸附作用的廢水，其出水 pH上升，從圖1-2及其分析可知，活性炭對活性染料的吸附性能比較好，導(dǎo)致活性染 料pH變化比較大，對分散染料，自接觸時間為20min始活性炭的吸附作用就不明顯，因而其出水pH變化自接觸時間為 20min始趨于平緩，圖4的曲線變化也

13、說明這一點。【誤差分析】本實驗中實驗誤差主要出現(xiàn)在廢水的流量控制、取樣及其測定：1）本實驗中染料廢水流量是通過轉(zhuǎn)子流量計來控制，實驗溫度約為15C而液體轉(zhuǎn)子計刻度是用20C的水進行標定的，因而廢水的實際流量與記錄值間存在一定誤差；2）實驗過程中廢水流量總在不停波動，出水取樣也會對活性炭柱的運行產(chǎn)生一定影響；且系統(tǒng)穩(wěn)定所需時間不可知，由于實驗時間有限而估計的穩(wěn)定時間可能無法使系統(tǒng)足夠穩(wěn)定；3）實驗中所使用的各類儀器設(shè)備本身帶入的誤差，如pH計、分光光度計的計量誤差，取樣燒杯本身的潔凈度等。七、討論、心得本實驗中水樣pH值、色度（用分光光度計測得的吸光度表示）的測定是本實驗的關(guān)鍵，為減少各操 作步

14、驟帶入的實驗誤差，應(yīng)注意如下事項：1）進入活性炭吸附柱的廢水渾濁度較高時，應(yīng)進行過濾去除雜質(zhì)的預(yù)處理；2）用轉(zhuǎn)子流量計控制廢水流量的準確性有限，實驗中要經(jīng)常關(guān)注其讀數(shù)變化，確保廢水流量的穩(wěn)定；3）活性炭的吸附達到穩(wěn)定需要一定時間，取樣前盡量保證足夠的穩(wěn)定時間；4）取樣用的燒杯盡量確保其足夠潔凈，減少測定誤差；5）為保證實驗數(shù)據(jù)的精密度，處理前后的廢水取樣應(yīng)盡量由同一人完成；影響吸附的因素有哪些？吸附是溶劑、溶質(zhì)（吸附質(zhì)）和固體吸附劑三者之間的作用，因此吸附質(zhì)、吸附劑和溶液的性質(zhì)都會對吸附過程產(chǎn)生影響。溶質(zhì)（吸附質(zhì)）的性質(zhì)溶質(zhì)和溶質(zhì)之間的作用力：溶質(zhì)在水中的溶解度愈大，溶質(zhì)對水的親和力就愈強，就

15、不易轉(zhuǎn)向吸附劑界面而被吸附，反之亦然。溶質(zhì)分子的大?。篢ranbe定律認為，大尺寸疏水分子的斥力增加了水-水間的鍵合，因此隨著吸附質(zhì)分子量的增加，吸附量增加。但吸附速率受顆粒內(nèi)擴散速率控制時，吸附速率隨著分子量的增加而降低。電離和極性：簡單化合物、非解離分子較離子化合物的吸附量大，但隨著化合物結(jié)構(gòu)的復(fù)雜化，電離對吸附的影響減?。缓饬咳苜|(zhì)極性對吸附的影響，服從極性相容的原則。吸附劑的性質(zhì)吸附發(fā)生在表面上，吸附劑比表面積（受吸附劑的孔徑、顆粒度等影響）越大，吸附能力就越強。吸附劑制造方法不同，其吸附性能不同；吸附劑的極性對不同吸附質(zhì)的吸附效果也不同。溶液的性質(zhì)pH值：pH對吸附質(zhì)在溶液中存在的形態(tài)

16、和溶解度均有影響，因而對吸附性能也產(chǎn)生影響?；钚蕴恳话阍谒嵝詶l件下，吸附率咼；最佳PH值由試驗確定；共存物質(zhì)：影響較復(fù)雜，可相互誘發(fā)或相互干擾或獨立吸附；溫度：溫度升高有利于物理吸附（放熱反應(yīng)）。接觸時間：與吸附速度有關(guān)，速度越低，達到平衡時接觸時間就越短。動態(tài)吸附柱試驗有何作用？被處理液與吸附劑攪拌混合，被處理液沒有自上而下流過吸附劑的吸附操作叫靜態(tài)吸附；被處理液通過吸附劑自上向下流動的吸附叫動態(tài)吸附。與動態(tài)吸附柱相比，靜態(tài)吸附柱（間歇吸附）需要將油類，懸浮物去除的預(yù)處理，而且操作難度較大 （操作失誤可能會導(dǎo)致炭的流失），一般比較少用；動態(tài)吸附柱是操作簡便，是常用的活性炭吸附法。動態(tài)吸附試驗

17、可用于定性或定量研究各因素對吸附作用的影響，從而探索出吸附效果最佳的吸附劑及pH、溫度等操作條件；還可研究吸附劑對不同吸附質(zhì)的吸附效果差異等。不同類型的染料廢水的脫色比較聯(lián)系之前做過的混凝試驗可知，同種去色方法對不同類型的染料廢水的脫色效果是不同的。分散染料是一種水溶性很低、疏水性較強的非離子型染料，在水中呈分散的微粒狀態(tài)，不含黃酸 基、羧酸基等親水性基團，使其可被低聚合度的多核絡(luò)離子發(fā)揮壓縮雙電層電中和作用，被高聚合低 電荷無機高分子在膠體雜質(zhì)微粒之間粘結(jié)架橋使膠體脫穩(wěn)凝聚，被鋁鹽、鐵鹽的難溶氫氧化物沉淀生成的微小絮體吸附和粘結(jié)、卷掃它們與水分離、凝聚，脫色率都在90%以上；但本活性炭吸附實

18、驗也說明活性炭對分散染料的脫色效果較差。直接染料是有黃酸基或羧酸基的偶氮染料，具有直線展開和芳環(huán)排列同平面的特點，在水中具有較大的聚集傾向。一般都溶于水，所以在混凝處理時難度加大，投加量有大幅度增加，而脫色率卻有 所降低，其在水溶液中染料分子可通過各基團的氫鍵相互締臺，有聚集傾向，也能被混凝去除，其處 理難度界于分散等染料和活性染料之間?；钚匀玖系奶攸c是分子中含有一個或幾個活性基。有偶氮型、蒽醌型、酞膏型等，母體上有較多的親水基團，在水中溶解性很好?；钚匀玖显谒械姆稚顟B(tài)隨其結(jié)構(gòu)而變。分子量大或者芳環(huán)呈平 面者易發(fā)生締合，形成大分子基團而易被除去；分子量小且芳環(huán)不在一個平面內(nèi)，多以接近真溶液

19、的 狀態(tài)存在，混凝去除率下降，不能被大多數(shù)混凝劑沉降處理，有實驗發(fā)現(xiàn)只有硫酸亞鐵和復(fù)合亞鐵對 其混凝沉降有效，廢水脫色率也比較高，但處理的pH范圍也較窄，說明活性染料并不適合采用混凝的方法脫色，但是本實驗卻說明活性炭吸附對于活性染料具有較好的吸附脫色效果。八、相關(guān)拓展隨著活性炭的應(yīng)用范圍日趨廣泛，活性炭的回收開始得到了人們的重視。用過的活性炭無法回收， 除了會增加廢水處理費用外，還會對環(huán)境造成二次污染。因此，活性炭的再生具有格外重要的意義。傳統(tǒng)活性炭再生方法熱再生法：目前應(yīng)用最多、工業(yè)上最成熟的活性炭再生方法，一般分為干燥、高溫炭化及活化三階段。干燥階段主要去除活性炭上的可揮發(fā)成分，高溫炭化階

20、段是使活性炭上吸附的有機物沸騰、汽化脫附或分解脫附，活化階段往反應(yīng)釜內(nèi)通入CO2、CO、H2或水蒸氣等氣體以清理活性炭微孔，使其恢復(fù)吸附性能，活化階段是整個再生工藝的關(guān)鍵。熱再生法雖然有再生效率高、應(yīng)用范圍廣的特點，但在再生過程中，須 外加能源加熱，投資及運行費用較高。生物再生法：利用經(jīng)馴化過的細菌解析活性炭上吸附的有機物，并進一步消化分解成 H2O和CO2，有好氧法與厭氧法之分?；钚蕴勘旧淼目讖胶苄?，通常認為再生過程中會發(fā)生細胞自溶現(xiàn)象，活性炭吸附酶在炭表面形成酶促中心，促進污染物分解達到再生的目的。生物法簡單易行，投資和運行費用較低,但所需時間較長，受水質(zhì)和溫度的影響很大。濕式氧化再生法：在高溫高壓的條件下，用氧氣或空氣作為氧化劑將處于液相狀態(tài)下活性炭上吸附的有機物氧化分解成小分子。實驗獲得的活性炭最佳再生條件為：230° C，再生時間1h，充氧pO20.6MPa，加炭量15g,加水量300mL。再生效率達到（45犬），經(jīng)5次循環(huán)再生，其再生效率僅下降3%。傳統(tǒng)的活性炭再生技術(shù)除了各自的弊端外，通常還有三點共同的缺陷：（1）再生過程中活性炭損失往往較大；（2）再生后活性炭吸附能力會有明顯下降；（3）再生時產(chǎn)生的尾氣會造成空氣的二次污