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椰殼活性炭對水中重金屬離子的吸附

發(fā)布時(shí)間:2020-07-10點(diǎn)擊:次

摘要:研究活性炭對廢水中重金屬離子的吸附性,以椰殼活性炭與Zn2+、Cd2+、Pb2+和Cu2+重金屬離子為研究對象,分析在不同pH、活性炭用量、振蕩時(shí)間以及溫度條件下,椰殼活性炭對重金屬離子吸附能力的差異。模擬廢水實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:

(1)隨著pH的加大,活性炭的吸附量也在增加,當(dāng)pH>7時(shí),隨著pH的加大,活性炭的吸附作用有所減弱,pH=7時(shí),活性炭對溶液中重金屬離子的吸附能力強(qiáng);

(2)活性炭投加量為6g時(shí),其對這4種重金屬離子的吸附能力均已達(dá)到飽和,并且對Zn2+的吸附變化顯著;

(3)振蕩時(shí)間達(dá)到200min時(shí),活性炭的吸附效果就達(dá)到飽和,其中,活性炭對4種重金屬離子吸附能力由強(qiáng)到弱依次為:Zn2+>Cd2+>Pb2+>Cu2+

(4)溫度達(dá)到30℃時(shí),活性炭對4種金屬離子的吸附能力較佳。

椰殼活性炭對水中重金屬離子的吸附

未經(jīng)過處理的生活廢水和工業(yè)污水的排放,對水資源造成了很大的破壞。重金屬污染是常見的一種水污染方式,機(jī)械加工、礦山開采、鋼鐵金屬冶煉以及化工企業(yè)的生產(chǎn)都會產(chǎn)生大量含有重金屬離子的廢水。重金屬是不可降解的有毒物質(zhì),人攝取微量或者低濃度的重金屬離子都會對健康產(chǎn)生危害;钚蕴渴且环N比表面積高、孔容大、孔徑分布可控、表面化學(xué)性質(zhì)可調(diào),具有高吸附容量、穩(wěn)定的物理化學(xué)性質(zhì)和高機(jī)械強(qiáng)度的吸附劑,可針對重金屬離子物理化學(xué)性質(zhì)以及所處化學(xué)環(huán)境的不同,對廢水中的重金屬進(jìn)行快速吸附。

目前,國內(nèi)外的專家學(xué)者通過研究不同類型的活性炭,得出普通的粉煤活性炭吸附性遠(yuǎn)不如改性后的粉煤活性炭;花生殼粉、漢麻粉體和蝦殼等均能制成活性炭,對各種重金屬離子均具有一定的吸附作用。

波濤活性炭廠家研究通過,考察椰殼活性炭在不同條件下對Zn2+、Cd2+、Pb2+和Cu2+重金屬離子的吸附性,探討椰殼活性炭的吸附條件,現(xiàn)將實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析如下:

一、pH對椰殼活性炭重金屬離子吸附性能的影響

在不同pH下,大多數(shù)重金屬離子容易與水中陰離子以及水分子形成配位數(shù)不同的配合物,導(dǎo)致重金屬離子的水化半徑發(fā)生變化,當(dāng)離子的水化半徑較大時(shí),重金屬配合物難以進(jìn)入活性炭內(nèi)的微孔,從而直接影響活性炭對重金屬離子的吸附效果。

在椰殼活性炭用量、溫度、振蕩時(shí)間和恒溫振蕩器轉(zhuǎn)速相同條件下,對比在不同pH環(huán)境下,椰殼活性炭對4種重金屬離子吸附效果的差異,結(jié)果如圖2所示。

椰殼活性炭對水中重金屬離子的吸附

由圖可知,在不同pH條件下,隨著pH的加大,活性炭對4種重金屬離子的吸附量也在增加,當(dāng)?shù)竭_(dá)高吸附量時(shí),活性炭的吸附效果就會慢慢降低。這是因?yàn)殡S著溶液pH的升高,活性炭表面官能團(tuán)被質(zhì)子化,從而使表面電勢降低,金屬離子與活性炭表面的靜電斥力減少,因此吸附量就會增加。由于活性炭表面的官能團(tuán)為弱酸性,隨著溶液pH的升高,活性炭上負(fù)電勢點(diǎn)增多,當(dāng)pH>7時(shí),溶液中重金屬離子含量減少緩慢,即活性炭吸附作用有所減弱,吸附量有所下降。隨著pH繼續(xù)加大,溶液中的OH-與金屬離子的化學(xué)作用力加大,導(dǎo)致氫氧化物沉淀的生成,使得吸附量相對降低。所以當(dāng)pH=7時(shí),活性炭對溶液中重金屬離子的吸附能力強(qiáng)。對比椰殼活性炭對這4種離子的吸附量,可以看出Pb2+和Cu2+更容易被椰殼活性炭吸附。

二、椰殼活性炭用量對其重金屬離子吸附性能的影響

在常溫常壓下,分別取不同投加量的椰殼活性炭,放人50mL初始濃度為1000mg/L的溶液中,調(diào)節(jié)溶液pH=7,溫度均為25℃,振蕩時(shí)間為60min,恒溫振蕩器轉(zhuǎn)速為200r/min,結(jié)果如圖3所示。

椰殼活性炭對水中重金屬離子的吸附

由圖可知,隨著活性炭用量的逐漸加大,吸附效果也越好,直到趨于平衡。從宏觀趨勢判斷,當(dāng)活性炭用量加到5g之后,它的吸附效果就逐漸平緩,當(dāng)加到6g之后,它的吸附量不再變化,已經(jīng)處于飽和狀態(tài)。從微觀分析,當(dāng)活性炭從0.2g增加到0.5g時(shí),Zn2+被吸附的效果較佳,其余3種離子的被吸附量相差較小,從0.5g增加到4g的過程中,Zn2+和Cd2+被吸附量變化一致,活性炭對Pb2+和Cu2+的吸附效果相同,當(dāng)增加到6g時(shí),活性炭對這4種重金屬離子的吸附量均已達(dá)到飽和,但這4種離子中Zn2+被吸附量的變化顯著,所以活性炭對Zn2+的吸附性較佳。

三、振蕩時(shí)間對椰殼活性炭重金屬離子吸附性能的影響

活性炭在反應(yīng)體系中的停留時(shí)間對重金屬的凈化效率有影響,在反應(yīng)過程中不但要保證活性炭在重金屬廢水中有足夠長的停留時(shí)間以確保較高的去除效率,但停留時(shí)間不宜過長。吸附時(shí)間過短,會使吸附進(jìn)行的不完全,吸附時(shí)間過長,在實(shí)際應(yīng)用中會浪費(fèi)掉更多的能耗,增加吸附成本。在常溫常壓條件下,控制模擬廢水溶液初始濃度為1000mg/L,調(diào)節(jié)溶液pH=7,溫度均為25℃,活性炭投加量為7g,恒溫振蕩器轉(zhuǎn)速為200r/min,控制不同梯度的反應(yīng)時(shí)間,結(jié)果如圖4所示。

椰殼活性炭對水中重金屬離子的吸附

由圖可知,振蕩時(shí)間越長,椰殼活性炭的吸附量就越大,可以保證活性炭的吸附性得到很大程度的發(fā)揮。當(dāng)振蕩時(shí)間為200min時(shí),活性炭的吸附效果達(dá)到飽和了,隨著時(shí)間的增加,Zn2+和Cd2+去除量增長較快,而Pb2+和Cu2+去除量的增長較為緩慢,因此振蕩時(shí)間對活性炭吸附Zn2+和Cd2+的影響較大。隨著時(shí)間的增長,椰殼活性炭對4種重金屬離子吸附能力由強(qiáng)到弱依次為:Zn2+>Cd2+>Pb2+>Cu2+

四、溫度對椰殼活性炭重金屬離子吸附性能的影響

對比在不同溫度條件下,椰殼活性炭對重金屬離子的吸附量,結(jié)果如圖5所示。

椰殼活性炭對水中重金屬離子的吸附

由圖可知,當(dāng)初始溫度設(shè)置在20℃時(shí),隨著溫度的升高,活性炭的吸附能力也在增強(qiáng),當(dāng)溫度達(dá)到30℃時(shí),活性炭對4種金屬離子的吸附能力到達(dá)上限,之后,隨著溫度的升高,活性炭的吸附能力反倒開始逐漸降低,其中對Pb2+的吸附能力下降的很快。這是因?yàn)槲椒磻?yīng)是放熱的,溫度越低,越有利于吸附的放熱反應(yīng),吸附效果越好。

五、結(jié)語

本實(shí)驗(yàn)后期可以對不同離子濃度的去除率進(jìn)行研究,探索改性后椰殼活性炭的吸附能力,添加pH空白實(shí)驗(yàn)以及活性炭性質(zhì)表征等。

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