活性炭對水中亞甲基藍的吸附性能研究

1、 官方 :/ 活性炭對水中亞甲基藍的吸附性能研究隨著工業(yè)化進程的加快，水污染問題日益嚴重，嚴重影響了生態(tài)環(huán)境及人類健康，有效地治理水污染已成為環(huán)保工作者關注的熱點。染料廢水因其組分復雜，有機毒物含量大，色度高，難生物降解，抗光解、抗氧化性強，具有致癌、致畸、致突變等“三致毒性，給環(huán)境帶來了嚴重污染。亞甲基藍是水溶性偶氮染料的代表性化合物，含這類染料的印染廢水排放量大，污染性強，難生物降解。目前國內外在染料廢水處理上常用的方法有吸附法、混凝沉淀法、膜別離技術、磁別離技術、電化學法、化學氧化法、光催化降解法、微生物處理法等，與其他處理方法相比，吸附法具有工藝簡單、可操作性強、吸附劑種類多，不產生二

2、次污染物等優(yōu)點，成為處理污水中難生物降解污染物的有效方法?；钚蕴渴且环N具有類石墨微晶結構的炭材料，是利用含碳原料經過炭化活化后得到的產品，具有高比外表積、豐富的孔隙結構、較強的吸附能力、多樣的外表化學性質等特性，是處理廢氣，含染料、重金屬、非金屬等廢水的優(yōu)良吸附劑，廣泛應用于化工、醫(yī)藥、環(huán)保、食品等領域。本實驗探討了吸附劑用量、吸附時間、溫度等反響條件對活性炭吸附亞甲基藍性能的影響，得到吸附過程的最正確條件，并對活性炭的吸附機理進行了分析，為含亞甲基藍染料廢水的治理提供一定的依據(jù)。1 實驗1 1 試劑與儀器本實驗使用的試劑為活性炭，亞甲基藍，實驗用水為超純水。臺式恒溫振蕩器，紫外可見分光光度計

3、，分析天平。1 2 實驗方法稱取一定量活性炭參加裝有150mLMB 溶液的錐形瓶中，然后放入恒溫振蕩器中，在一定溫度下振蕩吸附一段時間，振蕩轉速為250 r/min，振蕩結束后用0.45m 的濾膜過濾，然后使用紫外-可見分光光度計( 吸收波長為668 nm) 測定濾液中MB 的吸光度，最后根據(jù)MB 溶液標準曲線計算出濾液中MB 的濃度。活性炭對MB 的去除率、吸附量可由以下公式計算: (1) (2)式中: A 為活性炭對MB 的去除率; 0，e分別為MB溶液的初始質量濃度和吸附平衡時的質量濃度，mg /L; qe為吸附平衡時活性炭對MB 的吸附量，mg /g; m 為活性炭的用量，mg; V

4、為亞甲基藍溶液的體積，mL。2 結果與討論2 1 活性炭用量對MB 去除率的影響量取150 mL 質量濃度為100 mg /L 的MB 溶液6 份，分別參加25， 50，75，100，125， 150 mg 活性炭在常溫條件下反響6 h?；钚蕴坑昧颗cMB 去除率的關系如圖1 所示，隨著用量的增加，活性炭對MB 的去除率不斷增加。當活性炭用量大于100 mg 時，其對亞甲基藍的去除率趨于穩(wěn)定，去除率到達98% 以上。因此，MB 初始質量濃度為100 mg /L 時，合理的活性炭質量濃度為0.667g /L。2 2 吸附時間對活性炭去除MB 的影響量取150 mL 質量濃度為100， 200 mg

5、 /L 的MB溶液各9 份，分別參加100 mg 活性炭后放入恒溫振蕩器在常溫下進行振蕩吸附，吸附時間分別為5，15，30，60，120，180，360，540，720 min?；钚蕴繉B 的吸附量隨時間的變化曲線如圖2 所示，吸附量隨著反響時間的增加而增加，并且在不同初始質量濃度下，活性炭吸附MB 的時間曲線形狀相似。在反響后的30 min 內，吸附速率很快，吸附量急劇增加，當吸附時間到達360 min 時，活性炭對MB 的吸附量根本趨于穩(wěn)定。吸附時間曲線說明，在其他反響條件固定時，活性炭吸附亞甲基藍的最優(yōu)反響時間為360 min。2 3 溫度對對活性炭吸附MB 的影響量取150 mL 初

6、始質量濃度分別為100，120，140，160， 180，200 mg /L 的MB 溶液各4 份，分別參加100 mg 活性炭后在溫度為298，308，318，328 K下進行振蕩吸附360 min。如圖3 所示，不同溫度下活性炭對亞甲基藍的吸附量不同，隨著反響溫度的升高，活性炭對MB 的吸附量逐漸減小。可知活性炭對MB 的吸附反響為放熱反響。2 4 吸附動力學分析吸附動力學研究主要是用來描述吸附劑吸附溶質的速率快慢，通過動力學模型對吸附實驗數(shù)據(jù)進行擬合，從而探討其吸附機理。常見的吸附動力學方程包括偽一級動力學方程、偽二級動力學方程和顆粒內擴散方程。本實驗采用偽一級和偽二級模型對吸附動力學實

7、驗數(shù)據(jù)進行擬合。偽一級動力學方程可以用下式表示:ln( qe-qt) = ln qe k1 t (3)式中: t 為吸附時間，min; qe和qt分別為吸附平衡時及t 時刻的吸附劑對吸附質的吸附量，mg /g; k1為偽一級動力學模型的吸附速率常數(shù)，min 1。以ln( qeqt) 對t 作圖得到直線，通過直線的斜率和截距可以計算出參數(shù)k1和qe的值。偽二級動力學方程可以用下式表示:式中: k2為偽二級動力學模型的吸附速率常數(shù)，g /( mg·min) ，其他與式( 3) 相同。以t /qt對t 作圖得到直線，通過直線的斜率和截距可以計算出參數(shù)qe和k2的值。分別采用偽一級和偽二級動

8、力學方程對活性炭吸附MB 實驗數(shù)據(jù)進行線性擬合，結果如圖4、表1所示。由擬合結果可知，通過偽二級動力學方程擬合得到的相關系數(shù)為1，理論吸附量與實際吸附量十分接近?？芍獋味墑恿W模型對實驗數(shù)據(jù)的擬合結果更為理想，活性炭對亞甲基藍的吸附過程完全符合偽二級動力學模型。2 5 吸附等溫線分析吸附等溫線用于描述吸附劑對吸附質的吸附特性。常用的吸附等溫線模型有3 種，分別是Langmuir，F(xiàn)reundlich 和Temkin 等溫吸附方程。本實驗采用Langmuir 和Freundlich 吸附等溫線模型對實驗數(shù)據(jù)進行擬合Langmuir 吸附等溫線是理想狀態(tài)下的模擬，常用于描述單分子層吸附。方程線性

9、表達式如下: 式中: e為平衡質量濃度，mg /L; qe，qmax分別為平衡吸附量和最大吸附量，mg /g; kL為Langmuir 吸附平衡常數(shù)，mg /L。以e /qe對e作圖得到直線，通過直線的斜率和截距可以計算出參數(shù)qmax和kL的值。Freundlich 吸附等溫方程是經驗公式，適用于不均一吸附劑外表的非理想吸附，其線性表達式如下: 式中: qe為平衡吸附量，mg /g; e為平衡質量濃度，mg /L; kF為Freundlich 吸附平衡常數(shù)，mg /g，表示吸附能力的大小; 1 /n 為量綱一的與吸附強度有關的系數(shù)，其值越小吸附性能越好。以ln qe對ln e作圖得到直線，通過

10、直線的斜率和截距可以計算出參數(shù)kF和n 的值。分別采用Langmuir 和Freundlich 吸附等溫方程對活性炭吸附MB 實驗數(shù)據(jù)進行線性擬合，并計算吸附量、平衡常數(shù)等參數(shù)，結果如圖5、表2 所示。由擬合結果可知，活性炭對MB 的的吸附等溫過程很好地符合Langmuir 和Freundlich 吸附等溫方程，線性相關系數(shù)均在0.99以上。其中Langmuir 吸附等溫方程的擬合比Freundlich 吸附等溫方程好，說明活性炭對MB 的吸附更傾向于單層吸附。3 結論( 1) 吸附實驗研究說明活性炭吸附MB 的最正確反響條件: 活性炭用量為0.667g /L，吸附時間為360 min，反響溫度為298 K。在此條件下，活性炭對MB 的飽和吸附量為249.081 mg /g。吸附反響在前30 min 內速率很快，并約在360 min 內到達吸附