活性炭吸附试验报告

1/9华南师范大学实验报告学生姓名学号专业环境工程年级、班级2013级环境工程课程名称水污染控制工程实验实验项目活性炭吸附实验实验类型综合实验时间2016年3月25日实验指导老师王熙老师实验评分一、实验原理1、活性炭处理工艺是运用吸附的方法来去除异味、某些离子以及难以进行生物降解的有机污染物。在吸附过程中，活性炭比表面积起着主要作用。同时，被吸附物质在溶剂中的溶解度也直接影响吸附的速度。此外，pH的高低、温度的变化和被吸附物质的分散程度也对吸附速度有一定影响。活性炭对水中所含杂质的吸附既有物理吸附现象，也有化学吸着作用。有一些被吸附物质先在活性炭表面上积聚浓缩，继而进入固体晶格原子或分子之间被吸附，还有一些特殊物质则与活性炭分子结合而被吸着。当活性炭对水中所含杂质吸附时，水中的溶解性杂质在活性炭表面积聚而被吸附，同时也有一些被吸附物质由于分子的运动而离开活性炭表面，重新进入水中即同时发生解吸现象。当吸附和解吸处于动态平衡状态时，称为吸附平衡。这时活性炭和水(即固相和液相)之间的溶质浓度，具有一定的分布比值。如果在一定压力和温度条件2/9下，用m克活性炭吸附溶液中的溶质，被吸附的溶质为x毫克，则单位重量的活性炭吸附溶质的数量qe，即吸附容量可按下式计算:qe=x/m(1)qe的大小除了决定于活性炭的品种之外，还与被吸附物质的性质、浓度、水的温度及pH值有关。一般说来，当被吸附的物质能够与活性炭发生结合反应、被吸附物质又不容易溶解于水而受到水的排斥作用，且活性炭对被吸附物质的亲和作用力强、被吸附物质的浓度又较大时，qe值就比较大。描述吸附容量qe与吸附平衡时溶液浓度C的关系有Langmuir、BET和Fruendlieh吸附等温式。在水和污水处理中通常用Fruendlich表达式来比较不同温度和不同溶液浓度时的活性炭的吸附容量，即qe=KC1/n（2）式中：qe——吸附容量(mg/g)；K——与吸附比表面积、温度有关的系数；n——与温度有关的常数，n1；C——吸附平衡时的溶液浓度(mg/L)。这是一个经验公式，通常用图解方法求出K，n的值．为了方便易解，往往将式(2)变换成线性对数关系式Lgqe=lg(C0-C/m)=lgK+lgC/n(3)式中：C0——水中被吸附物质原始浓度(mg/L)；3/9C——被吸附物质的平衡浓度(mg/L)；m——活性炭投加量(g/L)。2、穿透曲线：又称透过曲线。吸附中流体通过吸附床层，流出物中吸附质浓度随时间变化的曲线。二、实验步骤1、画出标准曲线①配置20mg/L的亚甲蓝溶液。②用分光光度计得出吸收与波长的关系。③确定产生最大吸收时的波长(给出最大吸收波长665nm)。④将配置好的亚甲兰稀释，取0ml、2ml、6ml、10ml、14ml、18ml、22ml的10mg/L⑤亚甲蓝，用比色管定容到25ml，用分光光度计从3所得波长测得吸光度。⑥画出吸收量与亚甲兰浓度（克分子/升）的关系曲线，即标准曲线。2、吸附等温线间歇式吸附实验步骤①分别依次称量25mg、50mg、75mg、100mg、125mg、150mg活性炭粉末、活性炭颗粒加入锥形瓶中。②分别向锥形瓶中加入20mg/L的亚甲基橙溶液200mL，然后震荡30min，再静置10min；③取锥形瓶中的上层清液于100mL容量瓶中定容，分别测其吸光度并记录。并比较活性炭粉末与活性炭颗粒的处理效果。3、颗粒活性炭穿透曲线的实验：①配置1L的20mg/L的亚甲基蓝溶液，备用。②固定床的制作:分别向两根酸性滴定管中填充颗粒状活性炭至刻度为35,25处，用去离子水清洗干净后浸泡一段时间。将滴定管中的水排出，同时调节旋钮控制液体流出的速度，控制在8~9ml/min后固定。③向滴定管中连续性不断注入配置好的亚甲基蓝溶液，排出滴定管中的气泡，再调节速度后用烧杯接流出的液体，每隔十分钟取一个样测其吸光度并记录(若浓度太高，则稀释一定倍数后再测)。4/9④待滴定管流出液体的浓度为原浓度的90%时，即固定床被穿透。三、实验装置设备与材料分光光度计、分析天平、量筒、烧杯、容量瓶、酸式滴定管、玻璃棒、研钵、颗粒活性炭、振荡器、四、实验数据记录与结果原溶液亚甲基蓝的浓度：20mg/L1、亚甲基蓝溶液标准曲线的绘制：数据记录表：用量mL0.51251015浓度mg/L0.010.020.040.10.20.3吸光度0.0160.0860.1210.3470.7371.147亚甲基蓝标准曲线：y=3.8478x-0.0207R²=0.998300.20.40.60.811.21.400.050.10.150.20.250.30.35吸光度亚甲基蓝浓度mg/L亚甲基蓝标准曲线5/92、颗粒与粉末活性炭用间歇法吸附的对比实验：颗粒C质量g吸光度浓度mg/LlgCc0-cc0-c/mlgco-c/m21.0180.269946-0.5687219.730059.8650270.994098330.780.208093-0.6817419.791916.5973020.819366440.3710.101798-0.9922619.89824.974550.696753850.2160.061516-1.2110119.938483.9876970.600722160.0310.013436-1.8717219.986563.3310940.522586970.0110.008238-2.0841519.991762.8559660.455753100.0020.005899-2.2291919.99411.999410.3009019y=0.2759x+0.983R²=0.922100.20.40.60.811.2-2.5-2-1.5-1-0.50lgC0-C/mlgC间歇法颗粒活性炭系列1线性(系列1)6/93、固定床活性炭高度比较实验27ml的活性炭固定床时间T/min10152025303540吸光度0.2900.1680.2090.1990.2760.2300.280浓度mg/L0.0810.0490.0600.0570.0770.0650.078时间T/min45505560657080吸光度0.2920.3050.3390.5000.6620.6900.680浓度mg/L0.0810.0850.0930.1350.1770.1850.182时间T/min90100110120130140150吸光度0.7150.7150.7610.7990.8240.8290.852浓度mg/L0.1910.1910.2030.2130.2200.2210.227时间T/min160170180190200210220y=0.2717x+2.7187R²=0.956900.511.522.53-2.5-2-1.5-1-0.50lgC0-C/mlgC间歇法粉末活性炭系列1线性(系列1)7/9吸光度0.9470.9230.9790.9750.9660.9890.966浓度mg/L0.2510.2450.2600.2590.2560.2620.25616ml的活性炭固定床时间10152025303540吸光度0.4290.6760.7980.9330.9700.9951.126浓度mg/L0.1170.1810.2130.2480.2570.2640.298时间45505565758595吸光度1.0140.9941.1781.1941.3961.4381.398浓度mg/L0.2690.2640.3120.3160.3680.3790.369时间105115125135145155165吸光度1.4801.5221.5961.6401.7241.8001.854浓度mg/L0.3900.4010.4200.4320.4530.4730.487时间175185195205215吸光度1.8921.8921.8701.8881.866浓度mg/L0.4970.4970.4910.4960.4908/90.0000.0500.1000.1500.2000.2500.300050100150200250亚甲基蓝的浓度时间T27ml的活性炭固定床系列10.0000.1000.2000.3000.4000.5000.600050100150200250亚甲基蓝的浓度时间T16ml的活性炭固定床系列19/9五、总结与反思1、即使同样活性炭颗粒，不同生产厂商不同批次不同日期等等原因的话，吸附效果也会大不相同。实验时应用同一包装中的活性炭颗粒，保证其准确性。2、本实验中得出的穿透曲线穿透区间不明显，而且去除率不高，可能由于亚甲基蓝原溶液浓度过高或者过滤速率过快导致。以后在工程应用中控制污染物浓度一般会比较困难，因此控制适当过滤速率显得尤为重要。