活性炭吸附性能的研究

郑州大学 化工与能源学院 惠霂霖 王 晓

活性炭吸附性能的研究

郑州大学 化工与能源学院 惠霂霖 王 晓

活性炭是黑色粉末状或颗粒状的无定形碳，其主要成分除了碳以外，还有氧、氢等元素。活性炭是一种非常优良的吸附剂，他是利用木炭、各种果壳和优质煤等作为原料，通过物理和化学方法加工制造而成。20世纪70年代以来，作为处理公害的一种手段，活性炭在净化废水方面的用量急剧增加。同时，活性炭用途的开发研究工作也取得了进展，先后开发出活性炭的各种新用途，如从空气中分离出氮。近年来，随着活性炭应用技术的不断发展，还先后出现了活性炭纤维、活性炭薄膜及生物活性炭等。其中，活性炭纤维具有含碳量高，孔径分布窄、微孔发达、容易与吸附质接触等特性。由于活性炭纤维的微孔发达，吸附质几乎可以只通过微孔就能到达吸附位置，这样活性炭纤维吸附的动力学过程几乎不包括颗粒状，吸附过程中通常为速度控制步骤的孔径扩散过程，所以吸附的速度较快。因此，活性炭纤维广泛用于溶剂的回收、空气的净化、水中的脱氮、饮用水处理以及空气过滤等。

水中的还原性物质有各种有机物、亚硝酸盐、硫化物、亚铁盐等，但主要的是有机物。因此，化学需氧量（COD）又往往作为衡量水中有机物质含量多少的指标。化学需氧量越大，说明水体受有机物的污染越严重。本文，笔者就活性炭在处理有机废水方面进行了研究。通过不同活性炭用量对COD去除率的影响，来研究最佳的活性炭用量；通过活性炭对COD去除率随时间的变化关系，来确定最佳的吸附时间；并在单位活性炭吸附有机物的饱和程度与吸附时间的关系方面作了深入研究。

一、实验材料与方法

1. 活性炭吸附装置与吸附柱装置。活性炭吸附装置见图1，吸附柱装置如图1所示。

2. 实验方法。锥形瓶中依次投入不同量的活性炭，取1～9号锥形瓶盛100 m l原水，10号盛100 m l蒸馏水，分别称取活性炭0.5 g，1 g，3 g，4 g，5 g，6 g，7 g，8 g，10 g对应置于1～9号锥形瓶中，放入已预热的振荡器中，恒温震荡1 h后，取样测量COD。

3. 实验用水。实验用水采用人工配置的葡萄糖水溶液，其他杂质含量低，COD为270 mg/L。

4. 分析测试。本次实验是为了研究在杂质较少的情况下，活性炭对净COD的吸附效果。因此采用了人工配水，COD的测量方法为重铬酸钾滴定法。

二、实验结果及讨论

1. 活性炭量对COD去除率的影响。通过投加不同活性炭的量，对同一废水同时吸附1 h。实验结果如图3所示。

由图3可知，COD的去除率随活性炭投加量的增加而增加，最后基本持平，且不再增长，此时活性炭的吸附量达到最大，继续投加亦无效。由此曲线看出，活性炭投加量为5 g时，曲线的变化率最大，则100 m l该水样中，投加5 g活性炭，去除效率最高，经济利益最大。同时，还要保证活性炭与水样的接触时间不得低于30 m in。

2. 活性炭对COD的去除率随时间的变化关系。取原水1 000 m l，投加活性炭50 g，恒温搅拌。搅拌的同时开始计时，分别在1 m in，5 min，10 m in，20 m in，30 m in，40 m in，50 min，60 min，70 min时间点处取20 m l澄清水样进行COD的测定。测定结果如图4所示。

由图4可知，30 m in以前，COD去除率显著增大；30 m in以后，去除率增长缓慢。所以，活性炭投加量为50 g/L时，吸附时间以30 min最佳。

三、结论

如果活性炭用量投加过多，虽然吸附效果很好，但势必会造成大量的浪费；如果投加过少，则会出现吸附很快饱和的现象，处理效果不明显。因此，必须根据待处理的水量适当投加合适的活性炭的量，来确保活性炭的最大化利用，而不造成浪费。另外，活性炭处理污水时，必须注意吸附时间。只有确定了合适的吸附时间，才能保证充分的吸附作用，才能实现活性炭最佳的吸附性能。

实验证明，单纯的活性炭吸附去除COD，效果虽然很好，但势必造成大量的浪费。因此，可以考虑在净水处理中，活性炭吸附与絮凝沉淀同时使用，不仅可以更好的去除COD的效果，同时又避免了活性炭的浪费，是一种经济实用的方法。