活性炭吸附性能的研究

鄭州大學(xué) 化工與能源學(xué)院 惠霂霖 王 曉

活性炭吸附性能的研究

鄭州大學(xué) 化工與能源學(xué)院 惠霂霖 王 曉

活性炭是黑色粉末狀或顆粒狀的無定形碳，其主要成分除了碳以外，還有氧、氫等元素?；钚蕴渴且环N非常優(yōu)良的吸附劑，他是利用木炭、各種果殼和優(yōu)質(zhì)煤等作為原料，通過物理和化學(xué)方法加工制造而成。20世紀(jì)70年代以來，作為處理公害的一種手段，活性炭在凈化廢水方面的用量急劇增加。同時(shí)，活性炭用途的開發(fā)研究工作也取得了進(jìn)展，先后開發(fā)出活性炭的各種新用途，如從空氣中分離出氮。近年來，隨著活性炭應(yīng)用技術(shù)的不斷發(fā)展，還先后出現(xiàn)了活性炭纖維、活性炭薄膜及生物活性炭等。其中，活性炭纖維具有含碳量高，孔徑分布窄、微孔發(fā)達(dá)、容易與吸附質(zhì)接觸等特性。由于活性炭纖維的微孔發(fā)達(dá)，吸附質(zhì)幾乎可以只通過微孔就能到達(dá)吸附位置，這樣活性炭纖維吸附的動(dòng)力學(xué)過程幾乎不包括顆粒狀，吸附過程中通常為速度控制步驟的孔徑擴(kuò)散過程，所以吸附的速度較快。因此，活性炭纖維廣泛用于溶劑的回收、空氣的凈化、水中的脫氮、飲用水處理以及空氣過濾等。

水中的還原性物質(zhì)有各種有機(jī)物、亞硝酸鹽、硫化物、亞鐵鹽等，但主要的是有機(jī)物。因此，化學(xué)需氧量（COD）又往往作為衡量水中有機(jī)物質(zhì)含量多少的指標(biāo)?；瘜W(xué)需氧量越大，說明水體受有機(jī)物的污染越嚴(yán)重。本文，筆者就活性炭在處理有機(jī)廢水方面進(jìn)行了研究。通過不同活性炭用量對COD去除率的影響，來研究最佳的活性炭用量；通過活性炭對COD去除率隨時(shí)間的變化關(guān)系，來確定最佳的吸附時(shí)間；并在單位活性炭吸附有機(jī)物的飽和程度與吸附時(shí)間的關(guān)系方面作了深入研究。

一、實(shí)驗(yàn)材料與方法

1. 活性炭吸附裝置與吸附柱裝置?；钚蕴课窖b置見圖1，吸附柱裝置如圖1所示。

2. 實(shí)驗(yàn)方法。錐形瓶中依次投入不同量的活性炭，取1～9號(hào)錐形瓶盛100 m l原水，10號(hào)盛100 m l蒸餾水，分別稱取活性炭0.5 g，1 g，3 g，4 g，5 g，6 g，7 g，8 g，10 g對應(yīng)置于1～9號(hào)錐形瓶中，放入已預(yù)熱的振蕩器中，恒溫震蕩1 h后，取樣測量COD。

3. 實(shí)驗(yàn)用水。實(shí)驗(yàn)用水采用人工配置的葡萄糖水溶液，其他雜質(zhì)含量低，COD為270 mg/L。

4. 分析測試。本次實(shí)驗(yàn)是為了研究在雜質(zhì)較少的情況下，活性炭對凈COD的吸附效果。因此采用了人工配水，COD的測量方法為重鉻酸鉀滴定法。

二、實(shí)驗(yàn)結(jié)果及討論

1. 活性炭量對COD去除率的影響。通過投加不同活性炭的量，對同一廢水同時(shí)吸附1 h。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。

由圖3可知，COD的去除率隨活性炭投加量的增加而增加，最后基本持平，且不再增長，此時(shí)活性炭的吸附量達(dá)到最大，繼續(xù)投加亦無效。由此曲線看出，活性炭投加量為5 g時(shí)，曲線的變化率最大，則100 m l該水樣中，投加5 g活性炭，去除效率最高，經(jīng)濟(jì)利益最大。同時(shí)，還要保證活性炭與水樣的接觸時(shí)間不得低于30 m in。

2. 活性炭對COD的去除率隨時(shí)間的變化關(guān)系。取原水1 000 m l，投加活性炭50 g，恒溫?cái)嚢?。攪拌的同時(shí)開始計(jì)時(shí)，分別在1 m in，5 min，10 m in，20 m in，30 m in，40 m in，50 min，60 min，70 min時(shí)間點(diǎn)處取20 m l澄清水樣進(jìn)行COD的測定。測定結(jié)果如圖4所示。

由圖4可知，30 m in以前，COD去除率顯著增大；30 m in以后，去除率增長緩慢。所以，活性炭投加量為50 g/L時(shí)，吸附時(shí)間以30 min最佳。

三、結(jié)論

如果活性炭用量投加過多，雖然吸附效果很好，但勢必會(huì)造成大量的浪費(fèi)；如果投加過少，則會(huì)出現(xiàn)吸附很快飽和的現(xiàn)象，處理效果不明顯。因此，必須根據(jù)待處理的水量適當(dāng)投加合適的活性炭的量，來確?；钚蕴康淖畲蠡?，而不造成浪費(fèi)。另外，活性炭處理污水時(shí)，必須注意吸附時(shí)間。只有確定了合適的吸附時(shí)間，才能保證充分的吸附作用，才能實(shí)現(xiàn)活性炭最佳的吸附性能。

實(shí)驗(yàn)證明，單純的活性炭吸附去除COD，效果雖然很好，但勢必造成大量的浪費(fèi)。因此，可以考慮在凈水處理中，活性炭吸附與絮凝沉淀同時(shí)使用，不僅可以更好的去除COD的效果，同時(shí)又避免了活性炭的浪費(fèi)，是一種經(jīng)濟(jì)實(shí)用的方法。