活性炭對水中亞甲基藍(lán)的吸附性能研究

1、 官方 :/ 活性炭對水中亞甲基藍(lán)的吸附性能研究隨著工業(yè)化進(jìn)程的加快，水污染問題日益嚴(yán)重，嚴(yán)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(guān)注的熱點(diǎn)。染料廢水因其組分復(fù)雜，有機(jī)毒物含量大，色度高，難生物降解，抗光解、抗氧化性強(qiáng)，具有致癌、致畸、致突變等“三致毒性，給環(huán)境帶來了嚴(yán)重污染。亞甲基藍(lán)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(qiáng)，難生物降解。目前國內(nèi)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(shù)、磁別離技術(shù)、電化學(xué)法、化學(xué)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(qiáng)、吸附劑種類多，不產(chǎn)生二

2、次污染物等優(yōu)點(diǎn)，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(jié)構(gòu)的炭材料，是利用含碳原料經(jīng)過炭化活化后得到的產(chǎn)品，具有高比外表積、豐富的孔隙結(jié)構(gòu)、較強(qiáng)的吸附能力、多樣的外表化學(xué)性質(zhì)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(yīng)用于化工、醫(yī)藥、環(huán)保、食品等領(lǐng)域。本實(shí)驗(yàn)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(lán)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(jī)理進(jìn)行了分析，為含亞甲基藍(lán)染料廢水的治理提供一定的依據(jù)。1 實(shí)驗(yàn)1 1 試劑與儀器本實(shí)驗(yàn)使用的試劑為活性炭，亞甲基藍(lán)，實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(zhuǎn)速為250 r/min，振蕩結(jié)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(biāo)準(zhǔn)曲線計算出濾液中MB 的濃度?；钚蕴繉B 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(zhì)量濃度和吸附平衡時的質(zhì)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(lán)溶液的體積，mL。2 結(jié)果與討論2 1 活性炭用量對MB 去除率的影響量取150 mL 質(zhì)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(guān)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(dāng)活性炭用量大于100 mg 時，其對亞甲基藍(lán)的去除率趨于穩(wěn)定，去除率到達(dá)98% 以上。因此，MB 初始質(zhì)量濃度為100 mg /L 時，合理的活性炭質(zhì)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(zhì)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(jìn)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(zhì)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(nèi)，吸附速率很快，吸附量急劇增加，當(dāng)吸附時間到達(dá)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(lán)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(zhì)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(jìn)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(lán)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?？芍钚蕴繉B 的吸附反響為放熱反響。2 4 吸附動力學(xué)分析吸附動力學(xué)研究主要是用來描述吸附劑吸附溶質(zhì)的速率快慢，通過動力學(xué)模型對吸附實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，從而探討其吸附機(jī)理。常見的吸附動力學(xué)方程包括偽一級動力學(xué)方程、偽二級動力學(xué)方程和顆粒內(nèi)擴(kuò)散方程。本實(shí)驗(yàn)采用偽一級和偽二級模型對吸附動力學(xué)實(shí)

7、驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合。偽一級動力學(xué)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(zhì)的吸附量，mg /g; k1為偽一級動力學(xué)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(xué)方程可以用下式表示:式中: k2為偽二級動力學(xué)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(xué)方程對活性炭吸附MB 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行線性擬合，結(jié)果如圖4、表1所示。由擬合結(jié)果可知，通過偽二級動力學(xué)方程擬合得到的相關(guān)系數(shù)為1，理論吸附量與實(shí)際吸附量十分接近?？芍獋味墑恿W(xué)模型對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的擬合結(jié)果更為理想，活性炭對亞甲基藍(lán)的吸附過程完全符合偽二級動力學(xué)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(zhì)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(shí)驗(yàn)采用Langmuir 和Freundlich 吸附等溫線模型對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)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(dá)式如下: 式中: e為平衡質(zhì)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(jīng)驗(yàn)公式，適用于不均一吸附劑外表的非理想吸附，其線性表達(dá)式如下: 式中: qe為平衡吸附量，mg /g; e為平衡質(zhì)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(qiáng)度有關(guān)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(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行線性擬合，并計算吸附量、平衡常數(shù)等參數(shù)，結(jié)果如圖5、表2 所示。由擬合結(jié)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(guān)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(jié)論( 1) 吸附實(shí)驗(yàn)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(nèi)速率很快，并約在360 min 內(nèi)到達(dá)吸附