活性炭吸附实验

一、概述

活性炭处理工艺是运用吸附的方法来去除异味、某些离子以及难进行生物降解的有机污染物。在吸附过程中，活性炭比表面积起着主要作用。同时，被吸附物质在溶剂中的溶解度也直接影响吸附的速度。此外，pH的高低、温度的变化和被吸附物质的分散程度也对吸附速度有一定影响。

吸附容量的大小直接与吸附剂的比表面积有关，比表面积越大，吸附容量也越大。当固体物表面所吸附的溶质浓度与溶液中所剩溶质浓度处于动态平衡时，即达到了吸附平衡。此时被吸附物质的溶液中的浓度和在吸附剂表面的浓度均不再变化，而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容量q表示，即

式中  ——活性炭吸附容量，即单位质量的吸附剂所吸附的物质量，g/g；

      ——污水体积，L；

      ，——分别为吸附前原水及吸附平衡时污水中的物质的质量浓度，g/ L；

——活性炭投加量，g。

 在一定温度下，活性炭吸附容量与吸附平衡时的质量浓度之间关系曲线称为吸附等温曲线。在水处理工艺中，通常用弗兰德利希（Freundlich）吸附等温曲线来表示活性炭吸附性能，其数学表达式为

式中  ，——同前；

      ——与吸附剂比表面积、被吸附物质、温度有关的常数。

      n——与温度有关的常数。

、n求法：通过间歇式活性炭吸附实验测得q、C相应之值，将上式取对数后变换为下式，

将q，C相应之值绘在双对数坐标上，所得直线斜率为，截距为K。

本实验采用活性炭间歇式吸附的方法确定活性炭对废液中污染物的去除能力。希望达到下述目的：

1、加深理解吸附的基本原理。

2、掌握用间歇法确定活性炭吸附进行水处理的工艺参数的实验方法。

3、学会测定吸附等温曲线以及计算吸附容量。

4、掌握在一定温度、压力下确定活性炭去除废水中污染物最佳用量的方法。

二、实验设备、仪器及试剂

 l、水浴振荡器（型号:HH-4），1台；

2、PH计（型号:PHS-3C），1台；

3、粉末活性炭（可通过270目筛）；

4、722分光光度计（型号:722），1台；

5、具塞三角烧杯（250mL），20个；

6、分析天平（万分之一），1台；

7、玻璃漏斗，10个；

8、Φ15滤纸，5合；

9、温度计，1支；

10、1000ml容量瓶，2个；

11、比色管（50mL），20支

12、pH缓冲溶液；

13、亚甲基蓝；

14、亚甲基蓝贮备液（1000mg/L）。

三、实验步骤

1、测定活性炭含水率。

2、分别称取七份活性炭（0.05 g、0.10 g、0.15 g、0.20 g、0.25 g、0.30 g、0.35g）。

3、取100mL的亚甲基蓝贮备液，用1000mL容量瓶定容稀释作为实验废水样。测定废水样的温度和pH，记入表3-1。

4、取50mL废水样，用10 mm的比色皿，以水作参比，在660nm处测定其吸光度，测定废水样的吸光度A0，并记入表3-1。

5、在编号为1~8号的8个干燥的三角锥瓶中分别放入0.00g、0.05 g、0.10 g、0.15 g、0.20 g、0.25 g、0.30 g、0.35g活性炭，加入100mL废水样，放到振荡器上震荡30min（1号水样不振荡），当达到吸附平衡时即可停止振荡。

6、过滤1~8号三角锥瓶中废水，用10 mm的比色皿，以水作参比，在660nm处测定滤液的吸光度，并将各三角锥瓶的滤液透光度A1~A8,，并记入表3-1。

7、标准曲线的绘制：向8个50m L比色管中分别家去0.00、0.40、1.00、4、00、8.00、12.00、16.00、20.00 mL亚甲基蓝标准使用液，用水稀释至标线，用10 mm的比色皿，以水作参比，分别在660nm处测定其吸光度，绘制吸光度对亚甲基蓝含量的标准曲线。

四、实验结果整理

1、 记录实验操作基本参数

1.   实验日期一一       年   月    日

2.   pH=          温度=      ℃

3.   振荡时间          min   水样体积            mL

1、将预先配制定容的废水样及其滤液的吸光度及活性炭含水率等记入表3-1。

2、把各三角锥瓶中滤液的吸光度记入表3-1，并在标准曲线上查得各滤液吸光度对应的亚甲基蓝浓度，一并记入表3-1。

3、以为纵坐标，为横坐标，绘制吸附等温线性图，该线的斜率为，截距为K。

4、求出K，n值代入弗兰德利希（Freundlich）吸附等温曲线，则活性炭吸附性能数学表达式为

5、绘出吸附等温曲线，

6、以亚甲基蓝去除率为纵坐标，活性炭投加量m为横坐标，绘制吸附剂投加量关系曲线。

表3.1 间歇式吸附实验记录表

五、思考题

1、等温吸附曲线有什么现实意义，作等温吸附曲线时为什么要用粉状炭？

答：等温吸附曲线的现实意义有：（1）宏观地总括吸附量、吸附强度、吸附状态等作为吸附现象方面的特性；（2）判断吸附现象的本质，如属于分配（线性），还是吸附（非线性）；（3）用于计算吸附剂的孔径、比表面等重要物理参数；（4）吸附等温曲线用途广泛,在许多行业都有应用，如地质科学方面、煤炭方面。做等温曲线时用粉状炭的原因是：废水中的物质经活性炭吸附后分散好，容易单层吸附

通过活性炭投加量关系曲线，你对活性炭吸附有何结论性意见？。

2、答：通过观察吸附剂投加量关系曲线，可以得出结论：在一定程度内，吸附作用的去除率随着吸附剂的增加而增大，当到达某一个值时，去除率的增大不再明显，我对活性炭吸附的意见是：找到那个转折点，尽可能的保障投入有效。

3、你认为活性炭吸附实验应该如何进一步改进？

答：进一步调整标曲的绘制，当取使用液为8mL时，吸光度已经超1，后面的吸光度都过大了，应该进一步缩小取样体积。

4、制作标曲过程中会出现什么问题，通过怎样方法得到解决？

答：在标曲制作过程中，测其吸光度时，由于仪器的不稳定，在检测过程中可能出现零点不问点，需要每完成一个检测时，需用去离子水进行检测，吸光度是否为零。

5、亚甲基蓝贮备液与废水液的区别是什么？

答：亚甲基蓝贮备液的浓度为1000mg/L，而废水液的浓度为100mg/L.

6、该实验如何排除滤纸的吸附作用（为什么0号水样不过滤）？

答：先用滤纸过滤一部分样品液，使其饱和，并将此部分过滤液废弃，再用另一个锥形瓶装剩余的过滤液，而1号不用过滤，因此1号没有加活性炭，再者1号是原水样，可以进一步对比滤纸过滤产生的误差。

7、该实验过滤时有哪些注意事项？

答：过滤时应注意一个号的玻璃棒对应一个号的玻璃棒。

8、恒温水浴振荡的转速如何调节与确定？为什么要振荡30min？

答：调整仪器时，可在数10秒内应晃荡11次左右，如若达不到要求进一步转动旋钮。通过震荡30min使活性炭有充分的吸附时间，使其达到吸附平衡。

9、该实验的仪器校正方法（分光光度计和PH计）？

答：①分光光度计校正：第一步打开仪器电源开关，打开盖子预热30min。第二步调整透光度T，合上盖子T调为100%，打开盖子为0。第三步用10mm比色皿装2/3的去离子水，放置样品检测槽，对准光源。第四步合上盖子，调整透光度T为100%，打开盖子T为0。仪器矫正完毕。②pH计矫正：第一步打开仪器电源开关，预热30min。第二步转动旋钮调整温度为室内温度，第三步将玻璃电极棒插入pH为6.86溶液定点，完成后，取出用去离子水冲洗擦干，第四步将玻璃电极棒插入pH为4.00溶液，调整斜率，完成后，取出用去离子水冲洗擦干。仪器校正完毕。

10、Freundlich吸附等温曲线与Langmiur吸附等温曲线的应用范围，区别？

答：Langmuir吸附模型假设吸附剂表面均一，各处吸附能相同；吸附是单分子层的，当吸附剂表面为吸附质饱和时，其吸附量达到最大值。Freundlich方程式从吸附剂的表面是不均匀的观点出发，并假定吸附热随覆盖度增加而指数下降，适用于物理吸附和化学吸附的很多情况，它能与试验吸附等温线在开始阶段和中间弯曲部分都很好的一致。

11、溶液酸碱度活性炭吸附的影响是什么？

答：活性炭吸附能力在偏酸性条件下较强，在碱性条件下吸附能力较弱，但当PH值小于2时，开始对活性炭吸附产生一定的解析作用，另外活牲碳在碱性条件下有脱吸附现象，因此在碱性条件下不宜使用活性炭吸附。