活性炭吸附试验

活性炭吸附实验活性炭吸附是目前国内外应用较多的一种水处理工艺，由于活性炭种类多、可去除物质复杂，因此掌握活性炭吸附工艺设计参数的方法，对水处理工程技术人员至关重要。一、实验目的1．通过实验进一步了解活性炭的吸附工艺及性能，并熟悉整个实验过程的操作。2．掌握用“间歇”法确定活性炭处理污水设计参数的方法。二、实验原理活性炭吸附是目前国内外应用较多的一种水处理手段。由于活性炭对水中大部分污染物都有较好的吸附作用，因此活性炭吸附应用于水处理时往往具有出水水质稳定，适用于多种污水的优点。活性炭吸附常用来处理某些工业污水，在有些特殊情况下也用于给水处理。比如当给水水源中含有某些不易去除而且含量较少的污染物时；当某些偏远小居住区尚无自来水厂需临时安装一小型自来水生产装置时，往往使用活性炭吸附装置。但由于活性炭的造价较高，再生过程较复杂，所以活性炭吸附的应用尚具有一定的局限性。活性炭吸附就是利用活性炭的固体表面对水中一种或多种物质的吸附作用，以达到净化水质的目的。活性炭的吸附作用产生于两个方面，一是由于活性炭内部分子在各个方向都受着同等大小的力而在表面的分子则受到不平衡的力，这就使其它分子吸附于其表面上，此为物理吸附；另一个是由于活性炭与被吸附物质之间的化学作用，此为化学吸附。活性炭的吸附是上述二种吸附综合作用的结果。当活性炭在溶液中的吸附速度和解吸速度相等时，即单位时间内活性炭吸附的数量等于解吸的数量时，此时被吸附物质在溶液中的浓度和在活性炭表面的浓度均不再变化，而达到了平衡，此时的动态平衡称为活性炭吸附平衡，而此时被吸附物质在溶液中的浓度称为平衡浓度。活性炭的吸附能力以吸附量qe表示。0()eeVCCqm3-2-1式中，qe——活性炭吸附量，即单位重量的吸附剂所吸附的物质量（mg/g）；V——污水体积（L）；C0、Ce——分别为吸附前原水及吸附平衡时污水中的物质的质量浓度（mg/L）；m——活性炭投加量（g）；在温度一定的条件下；活性炭的吸附量随被吸附物质平衡浓度的提高而提高，两者之间的变化曲线称为吸附等温线，通常用Freundlich（费兰德利希）经验式加以表达：1neeqKC3-2-2式中，qe——活供炭吸附量（mg/g）；Ce——被吸附物质平衡浓度（mg/L）；K、n——是与溶液的温度、pH值以及吸附剂和被吸附物质的性质有关的常数。K、n值求法如下：通过间歇式活性炭吸附实验测得qe、Ce值，将式3-2-2取对数后变为下式：1lglglgeeqKCn3-2-3将qe、Ce相应值点绘在双对数坐标纸上，所得直线的斜率为n1，截距则为lgK，如图3-2-1所示。n1值越小活性炭吸附性能越好，一般认为当n1=0.1～0.5时，水中欲去除杂质易被吸附；n12时难于吸附。当n1较小时多采用间歇式活性炭吸附操作；当n1较大时，最好采用连续式活性炭吸附操作。三、实验装置及仪器1．烘箱；2．温度计；3．分光光度计；4．量筒（100mL）；5．容量瓶（100mL）；6．移液管（5mL、10mL）；7．三角烧瓶（500mL）；8．分析天平；9．玻璃漏斗、中速定量滤纸；10．干燥器。四、实验用试剂1．粉末活性炭；2．人工配制的染料废水（溴氨酸溶液）。五、实验步骤和记录间歇式活性炭吸附实验（1）将活性炭放在蒸馏水中浸24小时，然后放在105℃烘箱内烘至恒重。因为粒状活性炭要达到吸附平衡耗时太长，往往需数日或数周，为了使实验能在短时间内结束，所以多用粉状炭。（2）配制有色废水，使其含溴氨酸约200mg/L，测定该废水的水温。（3）绘制溴氨酸标准曲线：①配制溴氨酸标准溶液：称取0.01g溴氨酸，用蒸馏水溶解后移入100mL容量瓶中，并稀释至标线，此溶液浓度为100mg/L（以实际称量为准）；②绘制标准曲线：用移液管分别吸取溴氨酸标准溶液1、10、50mL于100mL容量瓶中，用蒸馏水稀释至100mL刻度处，摇匀，标准溶液的浓度分别是1、10、50mg/L，以蒸馏水为参比，在485nm处，用1cm的比色皿分别测定1、10、50、100mg/L溴氨酸溶液的吸光度（溶液一般占比色皿2/3体积），绘制标准曲线。（4）在3个500mL的三角烧瓶中分别投加100、200、300mg粉状活性炭，加入200mL污水，用手以匀速振荡，3个烧瓶的振荡速度保持一致，振荡30分钟以上，使其达到吸附平衡。（5）过滤各三角烧瓶中的废水，测定485nm吸光度值，得到溴氨酸浓度值Ce。（6）将原废水稀释至标准曲线的浓度范围（1~100mg/L），测定485nm吸光度值，得到原废水中溴氨酸浓度值C0（注意乘以稀释倍数），求出活性炭吸附量qe。【紫外可见光分光光度计使用方法】1.开机，点击仪器软件进行初始化；2.选择“定量测定”；3.点击参数设置，“测量”选项卡中选择单波长法，主波长485nm；“校准曲线”选项卡选择一次方程，浓度单位mg/L；4.在样品池和参比池中放入蒸馏水的比色皿作为空白，点击“校零”；5.点击“标准样品”，将标样按浓度从小至大放入样品池，点击“开始”进行测定，输入浓度值，依次测定完后显示标准曲线方程及r2值；6.点击“未知样品”，将待测样品倒入比色皿后放入样品池，点击“开始”进行测定，记录计算得到的浓度值。7.测量完毕后关闭仪器和电脑。【实验记录】表3-2-1溴氨酸标准样品浓度测定溴氨酸浓度（mg/L）吸光度（Abs）标准曲线方程及r2值：表3-2-2活性炭间歇吸附实验记录序号原水样吸附平衡后水样活性炭投加量（g）水样体积（mL）溴氨酸浓度（mg/L）水温（℃）溴氨酸浓度（mg/L）五、实验结果整理（1）按3-2-1式计算吸附量qe。（2）利用qe～C相应数据和式3-2-3，将C和相应的qe值在Excel的双对数坐标上绘制出吸附等温线，求出n1和K。六、思考题1．吸附等温线有什么现实意义，作吸附等温线时为什么要用粉状炭？2．根据计算得到的Freundlich吸附等温线，评价活性炭对该种污染物的吸附性能。