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技術(shù)問答

粉狀活性炭對水中重金屬離子的吸附性能

發(fā)布時間:2020-07-03點擊:次

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)。

粉狀活性炭對水中重金屬離子的吸附性能

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。

粉狀活性炭對水中重金屬離子的吸附性能

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。

粉狀活性炭對水中重金屬離子的吸附性能

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。

粉狀活性炭對水中重金屬離子的吸附性能

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.

粉狀活性炭對水中重金屬離子的吸附性能

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。

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