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不同因素對活性炭吸附馬拉硫磷的影響

發(fā)布時(shí)間:2020-07-07點(diǎn)擊:次

摘要:以含馬拉硫磷的廢水為研究對象,考察了活性炭的投加量、吸附時(shí)間、反應(yīng)溫度及溶液pH值等因素對活性炭吸附馬拉硫磷行為的影響。結(jié)果表明:活性炭對馬拉硫磷的吸附以快速吸附為主,2h內(nèi)吸附速度很快;在一定的范圍內(nèi),活性炭的投加量及反應(yīng)溫度與固相吸附量成正比;活性炭對馬拉硫磷的吸附在酸性溶液中能力較強(qiáng),pH值在3.8~4.0范圍內(nèi),吸附效果好。

一、引言

馬拉硫磷是一種低毒的有機(jī)磷農(nóng)藥,已被世界組織認(rèn)定為環(huán)境激素之一,它在自然環(huán)境中難以被生物分解,卻易被活性炭吸附,研究馬拉硫磷在活性炭上的吸附規(guī)律,對防治馬拉硫磷造成的污染具有現(xiàn)實(shí)意義。目前關(guān)于環(huán)境激素的作用及其在環(huán)境中的行為以及對野生動(dòng)物的影響評價(jià)的研究很多,但有關(guān)環(huán)境激素處理方法的研究還較少;钚蕴繉r(nóng)藥的吸附主要是物理吸附過程,由于其表面具有疏水性,使它能從水溶液中吸附各種物質(zhì),因此廣泛用于對農(nóng)藥污染的凈化處理。

波濤活性炭廠家研究了活性炭對馬拉硫磷的吸附特性及處理效果,并在不同影響因素(反應(yīng)時(shí)間、反應(yīng)溫度、活性炭投加量、溶液pH值)下,對活性炭吸附馬拉硫磷的情況進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究,為含馬拉硫磷廢水處理技術(shù)的開發(fā)提供依據(jù)。

二、實(shí)驗(yàn)方法

在8個(gè)50mL錐形瓶中,各加入50mL馬拉硫磷水樣(30mg/L),再分別加入準(zhǔn)確稱取的不同量活性炭(0.4g, 1.0g, 2.0g, 4.0g, 8.0 g);為防止揮發(fā),用保鮮膜封口后,置于振蕩器中在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的溫度下進(jìn)行吸附;分別反應(yīng)0.5h, 1h, 2h, 4h,6h,8h,12h,24h后,取混合液用0.45μum濾膜抽濾,測定濾液中馬拉硫磷濃度。

三、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

1、馬拉硫磷吸附動(dòng)力學(xué)曲線

固定活性炭的投加量為0.08g/mL,測得結(jié)果如圖1所示?梢钥闯觯夯钚蕴繉︸R拉硫磷的吸附以快速吸附為主。反應(yīng)前2h內(nèi)活性炭對馬拉硫磷的吸附速度很快,吸附量達(dá)到0.68mg,超過總吸附量的60%;在2~6h內(nèi)固相吸附量增加趨勢沒有前2h快,吸附6h之后趨勢漸緩,8~24h吸附基本平衡。因此考慮時(shí)間及實(shí)驗(yàn)條件,其他影響因素的研究實(shí)驗(yàn)選時(shí)為8h。

不同因素對活性炭吸附馬拉硫磷的影響

2、溫度對吸附效果的影響

改變反應(yīng)溫度,吸咐效果如圖2所示。由圖2可以看出:5℃時(shí)吸附效果差,8h的吸附量只有0.29mg。25℃和40℃時(shí)吸附量的增長趨勢比5℃和15℃明顯,前4h的吸附量增長趨勢較為迅速。溫度為60℃時(shí)吸附效果很明顯,在前2h吸附速度很快,8h之后吸附量達(dá)到1.08mg。

從圖2得知,馬拉硫磷的固相吸附量隨著溫度的升高而加大,因?yàn)槲讲粌H包括物理作用的吸附,而且包括共價(jià)鍵和氫鍵等作用的化學(xué)吸附。而溫度對化學(xué)作用的影響比較大,這是因?yàn)榛瘜W(xué)反應(yīng)往往需要一定的活化能,溫度的升高能加大溶質(zhì)分子的平均能量,能促進(jìn)化學(xué)吸附的進(jìn)行,故而促進(jìn)了吸附。但60℃時(shí)的增加趨勢沒有25~40℃時(shí)的明顯,這是由于實(shí)驗(yàn)溫度越高,馬拉硫磷的揮發(fā)量越大,因此活性炭的吸附量會(huì)相對減少,而同時(shí)伴隨的溶解度加大又會(huì)使吸附量減小。

不同因素對活性炭吸附馬拉硫磷的影響

3、活性炭投加量對吸附的影響

改變活性炭的投加量,吸咐效果如圖3所示。由圖3可以看出:活性炭投加量為0.4g時(shí),對馬拉硫磷的吸附量很少,曲線平緩。投加量為1g時(shí),吸附效果的變化不是很大。而當(dāng)投加量增加到2g時(shí)吸附效果有明顯提高。投加量8g時(shí)吸附效果好。

不同因素對活性炭吸附馬拉硫磷的影響

同一時(shí)間內(nèi),活性炭投加量越大,吸附效果越明顯。但活性炭投加量對吸附的影響應(yīng)該是在一定的投加范圍內(nèi)的,在馬拉硫磷濃度一定的條件下,投加量達(dá)到一定數(shù)量時(shí),吸附效果基本達(dá)到極限,因此投加量要根據(jù)實(shí)際情況而定,過少,吸附效果不好,過多則會(huì)造成浪費(fèi)。由圖3可以看出,8g時(shí)的吸附效果雖然佳,但是其單位平均吸附量明顯降低,吸附效果基本達(dá)到上限。因此,繼續(xù)增加投加量,不一定會(huì)得到顯著效果,反而會(huì)造成資源浪費(fèi)。

4、pH值對吸附效果的影響

活性炭從水中吸附有機(jī)物的效果與有機(jī)物的分子形態(tài)有關(guān)。一般分子態(tài)有機(jī)物比離子態(tài)有機(jī)物容易被吸附。當(dāng)pH>pK時(shí),有機(jī)物主要以離子態(tài)存在。電離度與溶解度雖然不成比例,但電離度大的有機(jī)物,溶解度大,吸附效果差。為了確定活性炭吸附馬拉硫磷的較佳pH值,實(shí)驗(yàn)考察了pH值對活性炭吸附馬拉硫磷的影響,結(jié)果見圖4。

不同因素對活性炭吸附馬拉硫磷的影響

由圖4可以看出:pH值對吸附的影響較大。從反應(yīng)8h的數(shù)據(jù)可以看出,pH值為3.92時(shí)固相吸附量很大,明顯高于pH值為6.92時(shí)的吸附量。而當(dāng)溶液呈堿性時(shí),吸附效果明顯降低。由此可見,在微酸性條件下吸附效果比較好,因?yàn)樵谖⑺嵝詶l件下,活性炭吸附能力增強(qiáng),而且可以中和活性炭及原料中少量雜質(zhì)所帶的電荷而聚沉,從而促成較好的吸附效果。活性炭表面含有羧基、酚羥基等,這些官能團(tuán)在水中可以離解。在強(qiáng)堿性溶液中,這些官能團(tuán)大量離解,活性炭表面趨于帶負(fù)電荷,這時(shí)馬拉硫磷分子也趨于離子化而帶負(fù)電荷,由于同性電荷的排斥作用,不利于馬拉硫磷分子在活性炭表面的吸附。在堿性條件下,由于存在“脫吸附”和“溶膠”現(xiàn)象,活性炭本身所帶的物質(zhì)也會(huì)溶解到溶液中,從而增加溶液中的雜質(zhì),吸附效果差。

三、結(jié)語

通過活性炭對馬拉硫磷吸附行為的研究,得出以下幾點(diǎn)結(jié)論:

1、活性炭對馬拉硫磷的吸附以快速吸附為主,在一定的投加范圍內(nèi),活性炭的投加量與固相吸附量成正比,但當(dāng)活性炭的投加量增加到一定數(shù)量時(shí),吸附效果基本達(dá)到上限。

2、溫度升高,活性炭對馬拉硫磷的吸附量加大,但由于揮發(fā)的影響,過高的溫度可能會(huì)降低吸附效果。

3、pH值與活性炭吸附作用有密切關(guān)系。pH值調(diào)節(jié)在3.8~4.0范圍內(nèi),活性炭對馬拉硫磷吸附效果好。

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