吸附重金屬離子活性炭再生工藝分析

付國勝

（大同煤業(yè)金鼎活性炭有限公司,山西 大同 037001）

引 言

為了進一步提升對重金屬離子的吸附性能,選用改性劑對活性炭進行改性,從而更好地提升重金屬離子的吸附效果,并降在一定程度上降低污染［1］?；钚蕴繕O強的吸附功能,可以更好地將重金屬離子中的有毒有害物質(zhì)等進行吸附清除,并發(fā)揮出吸附重金屬離子活性炭再生工藝的最大作用。

1 吸附重金屬離子活性炭再生實驗

1.1 儀器的選用

本實驗選用PHS－25型號的PH計,SHA－B型號的恒溫水浴振蕩器、T5紫外可見分光光度計、AB204＿E型號的電子天平以及101－1A型號的電熱鼓風(fēng)干燥箱和循環(huán)水真空泵。試劑分別選用了硝酸（HNO3）、氫氧化鈉（NaOH）、硫酸（H2SO4）、磷酸（H3PO4）、六 次 甲 基 四 胺 （C6H12N4）、抗 壞 血 酸（C6H8O6）、聚乙烯醇（C2H4O）等市場上較為常見的分析純試劑用來進行吸附重金屬離子活性炭再生實驗。

1.2 吸附實驗工序

在進行儀器以及試劑的選取完畢后,便要進行相關(guān)的吸附實驗,該實驗選取了50mL質(zhì)量濃度為1 000mg/L的Cr、Pb、Cd溶液,經(jīng)專業(yè)調(diào)試儀器在進行調(diào)試后得出上述三種的溶液PH值分別為3、6、6,在得出實際的PH值后,相關(guān)的實驗人員分別對此加入了2.0、1.2、2.0克的活性炭,并放入恒溫水浴震蕩期中,并將溫度合理的控制在30℃左右,以200r/min的速度進行轉(zhuǎn)速震蕩,震蕩的時間為兩天左右,在進行震蕩后,將其進行過濾,并測得過濾后的吸附量對 Cr、Pb、Cd的值分別為22.558mg/g、35.655mg/g、11.22mg/g［2］。

1.3 再生實驗工序

再生實驗主要采用濃度為5%的硝酸（HNO3）對活性炭進行再生處理,并保證活性炭質(zhì)量與硝酸體積為1∶30左右,并將再生溫度取值分別為20℃～50℃,對于再生時間選取為1h、2h、4h、8h以及24h,對于再生次數(shù)的選取為1次～5次,在對上述數(shù)據(jù)進行合理選取后,便要對其進行活性炭質(zhì)量耗損率以及實際恢復(fù)率的計算。

1.4 活性炭再生表示

1）耗損活性炭質(zhì)量占原有活性炭耗損程度越高,說明活性炭質(zhì)量損失越嚴重。2）在進行再生處理后的活性炭吸附能力與再生前吸附能力相比,性能恢復(fù)率越高說明活性炭吸附能力越強。

2 吸附重金屬離子活性炭再生實驗結(jié)果分析

2.1 再生溫度對活性炭吸附的影響

采用濃度為5%的硝酸（HNO3）對活性炭進行再生處理,并保證活性炭質(zhì)量與硝酸體積為1∶30左右,并將再生溫度取值分別為20℃～50℃,將再生時間控制在8h以下,再生溫度對活性炭的實際耗損率以及恢復(fù)率如第19頁圖1、圖2所示。

圖1 再生溫度對活性炭質(zhì)量耗損率的實際影響

圖2 再生溫度對活性炭性能恢復(fù)率的影響

由上述圖可知,活性炭質(zhì)量的損耗率與再生溫度呈正比,再生過程質(zhì)量被損耗的其中一部分是因為活性炭所吸附的物質(zhì)出現(xiàn)脫附現(xiàn)象,另一方面主要是因為酸性溶液在一定溫度下會致使活性炭孔結(jié)構(gòu)發(fā)生了一定的氧化過程,從而導(dǎo)致再生過程中的質(zhì)量損耗的情況發(fā)生。若一再提高溫度,只會加速吸附物質(zhì)的脫附,從而致使活性炭孔結(jié)構(gòu)的燒毀程度加深,在一定程度上影響活性炭質(zhì)量損耗率［4］。與此同時,通過圖2可以得知活性炭性能的恢復(fù)率隨再生溫度的升高而逐漸增加,說明活性炭性能的恢復(fù)率與再生溫度成正比,由于吸附在活性炭上的Cr、Pb、Cd會受到較高的溫度而提升恢復(fù)率,硝酸（HNO3）的再生也屬于化學(xué)再生機理,并主要體現(xiàn)在溫度越高越有利于活性炭所吸附的Cr、Pb、Cd與硝酸（HNO3）進行一定的化學(xué)反應(yīng)結(jié)合,在一定程度上提升了活性炭吸附性能。

2.2 再生時間對活性炭吸附的影響

采用濃度為5%的硝酸（HNO3）對活性炭進行再生處理,并保證活性炭質(zhì)量與硝酸體積為1∶30左右,并將再生溫度取值分別為20℃～50℃。再生時間選取為1h、2h、4h、8h以及24h,再生溫度對活性炭的實際耗損率以及恢復(fù)率如圖3,圖4所示。

圖3 再生時間對活性炭質(zhì)量損耗率的實際影響

圖4 再生時間對活性炭性能恢復(fù)率的實際影響

由上述圖可知,活性炭質(zhì)量的損耗率與再生溫度呈正比,再生過程質(zhì)量被損耗的其中一部分是因為活性炭所吸附的物質(zhì)出現(xiàn)脫附現(xiàn)象,另一方面主要是因為酸性溶液在一定溫度下會致使活性炭孔結(jié)構(gòu)發(fā)生了一定的氧化過程,從而導(dǎo)致再生過程中的質(zhì)量損耗的情況發(fā)生［5］。因此,再生時間與活性炭燒蝕的時間成正比。由圖4可知,活性炭恢復(fù)率隨著再生時間的延長而增加,其主要原因是再生時間越長,活性炭所吸附的Cr、Pb、Cd會脫附的越徹底,其性能恢復(fù)得也會越好。與此同時,當4h狀態(tài)下的活性炭性能恢復(fù)率隨著再生時間的增長而逐漸呈緩慢的上漲狀態(tài),當再生時間為8h左右時,活性炭吸附的物質(zhì)便已經(jīng)處于完全脫附狀態(tài)［4］。

2.3 再生次數(shù)對活性炭吸附的影響

通過對再生次數(shù)對活性炭吸附的影響也是采用濃度為5%的硝酸（HNO3）對活性炭進行再生處理,并保證活性炭質(zhì)量與硝酸體積為1∶30左右,并將再生溫度取值分別為20℃～50℃,對于再生時間選取為1h、2h、4h、8h以及24h,再生次數(shù)選用1次～5次不等,再生次數(shù)對活性炭的實際耗損率以及恢復(fù)率如圖5、第20頁圖6所示。

圖5 再生次數(shù)對活性炭性能損耗率的實際影響

通過上述折線圖可以得知,活性炭質(zhì)量的損耗率與再生次數(shù)成正比,當硝酸再生后,活性炭需要依靠去離子水將其洗至PH值為6.68左右,在具體洗滌的過程中很容易造成活性炭的質(zhì)量損耗,硝酸溶液在經(jīng)過再生次數(shù)后,活性炭性能更會在一定程度上遭到破壞。除此之外,活性炭性能的恢復(fù)率也會隨著硝酸的再生次數(shù)的增加而逐漸處于降低的趨勢,主要是因為再生的活性炭脫附不完全,燒蝕也會較以往有一定程度上的增加,但是在第5次以后的活性炭仍具有較強的吸附能力［5］。

圖6 再生次數(shù)對活性炭性能恢復(fù)率的實際影響

3 結(jié)論

經(jīng)過上述的實驗可知,硝酸再生吸附重金屬活性炭效果最為明顯,再生結(jié)果表明,隨著再生的溫度升高,活性炭質(zhì)量損耗率也與再生的溫度成正比。通過相關(guān)實驗人員對吸附重金屬離子活性炭再生工藝進行分析研究后得出上述的觀點,希望可以為我國環(huán)保行業(yè)的進一步發(fā)展提供更為有利的幫助。

參考文獻：

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［2］ 傅成鍇,郭千里,梁成博,等.高酸度蘆葦活性炭的制備及其吸附性能［J］.農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境學(xué)報,2017,34（2）：175－181.

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［4］ 張昊,范新宇,王建坤,等.交聯(lián)羧甲基淀粉的制備及其對重金屬離子的吸附性能［J］.化工進展,2017,36（7）：2554－2561.

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