摘要：活性炭是一種具有豐富孔隙結(jié)構(gòu)和巨大比表面積的碳質(zhì)吸附材料，在污水凈化領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用價值。根據(jù)單一變量原則，波濤活性炭廠家研究了粉狀活性炭對水中重金屬離子Cr（VI）、Cu（ Ⅱ）和Fe（Ⅲ）的吸附作用。實驗結(jié)果表明，粉狀活性炭能有效去除3種重金屬離子，且去除效果受溫度、吸附時間、活性炭用量、溶液pH值的影響。隨著活性炭用量、溫度或吸附時間的增加，3種離子的去除率先增后減，而溶液pH值增加時，Cu（Ⅱ）離子的去除率幾乎不變，Cr（VI）和Fe（Ⅲ）離子的去除率卻逐漸降低。吸附時間超過30min時，粉末狀活性炭對3種離子中的Cu（Ⅱ）離子去除效果好，去除率達(dá)90%以上。Cu（Ⅱ）離子的去除較優(yōu)條件為40℃（溫度）、30min（吸附時間）、0.15g（活性炭用量）和2.0（pH）。
污水及工業(yè)廢水中所含的汞、鉻、鎳、銅、鐵等有害重金屬離子具有不可降解性，容易在生物體內(nèi)聚集，會嚴(yán)重影響工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人類的健康。目前，處理水中重金屬離子的方法有化學(xué)沉淀、吸附電解、離子交換和膜分離等。吸附法以其高經(jīng)濟和操作簡便等優(yōu)點而被廣泛應(yīng)用。
活性炭是一種具有豐富孔隙結(jié)構(gòu)和巨大比表面積的碳質(zhì)吸附材料，常被作為吸附劑處理污水中的各種重金屬離子。采用兩種不同改性方法對活性炭纖維（ACF）進行改性處理，比較其對水中Pb（Ⅱ）、Cu（Ⅱ）和Co（Ⅱ）離子的競爭吸附效能。結(jié)果表明，ACF對三種重金屬離子吸附速率較快，吸附60min基本達(dá)到平衡，初始pH變化直接影響ACF對Pb（Ⅱ）、Cu（Ⅱ）和Co（Ⅱ）離子的去除效果。3種ACF對重金屬離子的親和力順序均為Pb（Ⅱ）>Cu（Ⅱ）>Co（Ⅱ），隨著平衡質(zhì)量濃度的增加，其對Pb（Ⅱ）、Cu（Ⅱ）離子的吸附量加大，而對Co（Ⅱ）離子的吸附量呈先增加再下降趨勢。有關(guān)報道采用活性炭去除水中硒。
活性炭投人量和水的pH值與活性炭吸附效率具有直接關(guān)系。水體中硒的濃度為40ug/L，活性炭投入量為5g/L時，水體中硒的除去率為81.23 %，水中殘留的硒濃度約為6.82ug/L，已經(jīng)符合國家規(guī)定的飲用水標(biāo)準(zhǔn)（硒濃度10ug/L）。而凈化水pH為1.5時，凈化效率為64.23%，升高水體pH達(dá)6以上時，凈化率達(dá)94%以上，達(dá)到較佳凈化效果。Cr（VI）、Cu（Ⅱ）和Fe（Ⅲ）離子是污水中常見的重金屬離子，本文采用粉狀活性炭對其進行了吸附研究，并探討了溫度、吸附時間、活性炭用量、pH值對吸附作用的影響，以期尋找吸附的較優(yōu)條件。
波濤活性炭廠家現(xiàn)將“粉狀活性炭對水中重金屬離子的吸附性能”實驗結(jié)果分析如下：
一、粉狀活性炭用量對吸附去除率的影響
粉狀活性炭用量對吸附去除率的影響，充分反應(yīng)后冷至室溫，反復(fù)清洗并抽濾，其去除率結(jié)果見圖1。
活性炭表面的孔隙結(jié)構(gòu)及官能團是評價活性炭吸附能力的主要指標(biāo)。由圖1可知，投碳量相同時，粉狀活性炭對Cu（Ⅱ）離子的吸附能力遠(yuǎn)大于Fe（Ⅲ）和Cr（VI）離子。隨著粉狀活性炭投加量的增加，粉狀活性炭對三種金屬離子的去除率逐漸增加，其中，F(xiàn)e（Ⅲ）離子的去除率增加較快。當(dāng)活性炭用量為0.15g時，Cu（Ⅱ）和Fe（Ⅲ）離子的去除率達(dá)到較大值，分別為97.34%和84.26%，而活性炭用量為0.20g時，Cr（VI）離子的去除率達(dá)到較大值，為81.86%，與活性炭用量為0.15g時的去除率（81.34% ）僅相差0.52%。之后再繼續(xù)增加投碳量，三種重金屬離子的去除率變化不明顯，吸附達(dá)到飽和。
二、pH值對吸附去除率的影響
pH值對吸附去除率的影響，充分反應(yīng)后冷至室溫，反復(fù)清洗并抽濾，其去除率結(jié)果見圖2。
溶液pH值可以改變活性炭表面官能團的電離狀態(tài)和金屬離子存在形式，對活性炭吸附重金屬離子有著重要影響。由圖2可看出，粉狀活性炭對Cr（VI）和Fe（Ⅲ）離子的吸附效果受溶液pH值影響較大，而對Cu（Ⅱ）離子影響較小。pH =2.0時, Cr（VI）和Fe（Ⅲ）離子的去除率較大，分別為86.82%和80.18%。而隨著pH值的增加，Cr（VI）和Fe（Ⅲ）離子的去除率逐漸減小。其中，對于Cr（VI）離子來說，溶液pH值較小時，Cr（VI）離子主要以鉻酸氫根（HCrO4-）形式存在，活性炭表面富有含氧官能團，能與鉻酸氫根形成氫鍵，Cr（VI）離子去除率高；而當(dāng)pH值增加時，Cr（VI）離子主要以鉻酸根（CrO42-）存在，在同等量下的Cr（VI）離子，CrO42-結(jié)合的官能團要比HCrO4-多，同時溶液中的OH-也會消耗活性炭表面的酸性官能團，使得Cr（VI）離子去除率會一直降低。pH=4.0時，Cu（Ⅱ）離子的去除率達(dá)到較大值，為95.53% ,與pH=2.0時的去除率（93.42% ）相差2.11%。溶液pH在2~7之間相同時，粉狀活性炭較易去除Cu（Ⅱ）離子。
三、溫度對吸附去除率的影響
溫度對吸附去除率的影響，充分反應(yīng)后冷至室溫，反復(fù)清洗并抽濾，其去除率結(jié)果見圖3。
三種離子的去除率均隨溫度升高呈先增后減的趨勢。溫度為40℃時，它們的去除率大，分別為98.17%、82.54%、86.41%。其原因為溫度的升高促進了液體內(nèi)分子的熱運動，加快了吸附平衡；而溫度過高，降低了活性炭表面官能團和金屬離子之間的絡(luò)合作用，導(dǎo)致吸附性能發(fā)生一定程度的下降。同Cr（VI）和Fe（Ⅲ）離子相比，粉狀活性炭對Cu（Ⅱ）離子的吸附作用受溫度的影響較小，Cu（Ⅱ）離子的去除率均在90%以上，且大于Cr（VI）和Fe（Ⅲ）離子。所以，粉狀活性炭對試驗三種重金屬離子的吸附效果較佳溫度為40℃。
四、吸附時間對吸附去除率的影響
吸附時間對吸附去除率的影響，充分反應(yīng)后冷至室溫，反復(fù)清洗并抽濾，其去除率結(jié)果見圖4.
粉狀活性炭對三種離子的吸附均經(jīng)歷了快速吸附、慢速吸附、后達(dá)到動態(tài)平衡的過程。這是因為隨著時間的增加，活性炭表面的活性位點、孔隙與金屬離子相結(jié)合，傳質(zhì)動力減少，吸附速度也因此而減慢直至達(dá)到平衡。其中，Cu（Ⅱ）和Fe（Ⅲ）離子的去除率變化曲線非常相似。吸附時間為30min時，經(jīng)過快速吸附，兩種離子的去除率達(dá)到較大值，分別為94.21%和82.34%；而吸附時間為120min時，它們的去除率變化微小，小于1.05%，說明粉狀活性炭對Cu（Ⅱ）和Fe（Ⅲ）離子的吸附時間達(dá)到30min時，吸附開始達(dá)到動態(tài)平衡，并且，粉狀活性炭對Cu（Ⅱ）離子的去除效果要優(yōu)于Fe（Ⅲ）離子。而對于Cr（VI）離子，當(dāng)吸附時間為90min時，其去除率達(dá)到較大值，為94.15%。
五、結(jié)論
采用粉狀活性炭對水中重金屬離子Gr（VI）、Cu（Ⅱ）和Fe（Ⅲ）進行了吸附研究結(jié)果表明，粉狀活性炭對三種離子的吸附效果受活性炭用量、溶液pH值溫度吸附時間的影響。活性炭用量、溫度或吸附時間增加，三種離子的去除率先增后減，而溶液pH值增加，Cu（Ⅱ）離子的去除率變化很小，Cr（VI）和Fe（Ⅲ）離子的去除率卻逐漸降低。綜合來看，粉狀活性炭去除Cr（VI）、Cu（Ⅱ）和Fe（Ⅲ）離子的條件為：溫度為40℃，吸附時間為30min，活性炭用量為0.15g，溶液pH為2.0，且在該條件下，Cu（Ⅱ）離子的去除效果好，其次是Fe（Ⅲ）和Cr（VI）離子�？傊�，可采用粉狀活性炭對含有Cr（VI）、Cu（Ⅱ）和Fe（Ⅲ）重金屬離子的污水進行有效處理。