活性炭纤维对钯的吸附性能研究

李凌凯， 刘海清

（1.山东省牟平第一中学， 山东 牟平 264100； 2. 山东省招远环境保护局， 山东 招远 265400）

活性炭纤维对钯的吸附性能研究

李凌凯1， 刘海清2

（1.山东省牟平第一中学， 山东 牟平 264100； 2. 山东省招远环境保护局， 山东 招远 265400）

活性炭纤维是一种新型高效吸附材料，具有比表面积大，微孔发达，孔径分布窄，吸附速度快，吸附能力强等特点。通过活性炭纤维对钯溶液的吸附实验，探讨了静态条件以及动态条件下，溶液的初始浓度，系统的温度，活性炭纤维的质量，吸附时间，不同流速等条件对活性炭纤维吸附性能的影响。研究表明：活性炭纤维对钯有较强的吸附性能，最高吸附率可达98%以上，溶液的最佳初始浓度为2 μg/mL，体系的最佳温度为298 K，活性炭纤维的质量为0.08 g，最佳吸附时间为70 min，最佳流速为2.5 mL/min。

活性炭纤维； 钯(Ⅱ)溶液； 偶氮胂； 吸附

活性炭纤维（Activated Carbon Fiber, ACF）是在20世纪70年代得到开发，它是继粉末状，颗粒状活性炭之后发展起来的一种新型高效活性吸附材料和环保工程材料[1]。ACF的空隙结构与传统活性炭不同，一般不具有粗孔和过渡孔而仅包含微孔，而且微孔孔径很窄，常具有分子筛的性质。活性炭纤维作为新型高效吸附剂，具有吸附容量大，吸附和脱附速率快等优点，决定了它对有机化合物蒸汽的吸附容量较大，对无机气体和水溶液中的无机物，染料，苯酚等有机化合物及贵重金属都有很好的吸附性能。

经过大量的研究，活性炭纤维的吸附性能可以进一步改善，对微生物及细菌有良好的吸附性能，对低浓度的吸附质吸附性能特别优良。活性炭纤维的吸附速度快，对气体的吸附一般能在数十分钟或几分钟内达到吸附平衡，对液体的吸附冶金需要几十分钟就能达到平衡，例如活性炭吸附碘时只需几十分钟便可达到平衡，解吸速度也快，在一定温度和时间内，活性炭纤维可完全解吸。它对金离子、银离子、钯离子等贵金属离子具有较好的吸附性能，可用于稀有贵金属的吸附回收[2-5]。

本实验就是利用活性炭纤维的这一特性，通过它对钯离子的静态既动态吸附实验，探讨利用活性炭纤维吸附钯的可行性。

1 实验部分

1.1 试剂及仪器

钯粉、盐酸、偶氮胂 I、硫酸、盐酸均为分析纯试剂，活性炭纤维为南通森友公司生产的工业品。所用仪器为英国Unic公司的7200型分光光度计，上海沪西分析仪器厂生产的BT-100横流泵，重庆四达仪器厂生产的CS501-SP超级数频恒温器。

1.2 吸附实验

1.2.1 钯(Ⅱ)溶液的制备

溶解0.200 g钯粉于20 mL王水中，蒸发近干，加6.0 mL浓HCl，蒸发至体积的一半，用水稀释至100 mL,制得2.0 mg /mL的钯标准溶液。

1.2.2 钯（Ⅱ）标准曲线的绘制

分别配制不同浓度的钯溶液，加入0.6 mL偶氮胂Ⅰ溶液，再加入2 mL浓度为1 mL/L的H2SO4溶液，在沸水浴中加热4 min，再分别测定溶液的吸光度用分光光度计在588 nm处以蒸馏水为试剂空白测定各溶液的吸光度，进行线性回归得标准曲线方程：A= 0.020 5C+0.179 9，r2= 0.988 3。

1.2.3 吸附影响因素实验

吸附实验分别在静态和动态下进行考察各种因素对吸附性能的影响。

2 结果与讨论

2.1 静态吸附实验影响因素

2.1.1 不同溶液浓度对吸附的影响

从图 1中可以看到，随着钯(Ⅱ)溶液浓度的升高，活性炭纤维的吸附量也逐渐升高，最后达到平衡，吸附量不再增加。这说明在一定范围内溶液浓度增大，活性炭纤维的吸附量随之增大，而当浓度较高时，钯(Ⅱ)在活性炭纤维微孔的孔径内不能形成比较规则的堆积，故吸附量不再增加。

图1 不同浓度对静态吸附的影响Fig. 1 Influence of different concentration on static state adsorption

2.1.2 不同活性炭纤维质量对吸附的影响

从图 2中可以看出，不同活性炭纤维对相同浓度的钯(Ⅱ)溶液具有不同的吸附量，吸附百分数随活性炭纤维的质量为0.07 g时，对初始浓度为4 μg/mL的钯(Ⅱ)溶液的吸附百分数为75.16%，而当活性炭纤维的质量为0.08 g时，对相同初始浓度溶液的吸附量为98.57%。这说明活性炭纤维的吸附能力非常强。

图2 不同质量活性炭纤维对静态吸附的影响Fig. 2 Influence of different ACF mass on static state adsorption

2.1.3 不同时间对吸附的影响

从图3可以看出，随着时间的增加，活性炭纤维对钯(Ⅱ)溶液的吸附百分数呈现出规律性变化，时间增加，吸附百分数升高。当吸附35 min后，吸附百分数变化很小，因为此时活性炭纤维的吸附达到饱和，吸附趋向平衡，吸附量不再增加。

图3 不同振荡时间对静态吸附的影响Fig. 3 Influence of different time on still state adsorption

2.1.4 温度对吸附性能的影响

从图 4中可以看出，活性炭纤维对钯(Ⅱ)溶液的吸附率随温度的升高而有所增加，这是由于温度的升高，钯(Ⅱ)溶液向吸附剂孔径内部扩散的速率加快，扩散也更加完全。

2.2 动态吸附实验影响因素

2.2.1 不同流速对吸附的影响

从图 5可以看出，活性炭纤维对钯(Ⅱ)溶液的吸附率随流速的增加而有所降低，这可能是因为流速过大，一部分钯(Ⅱ)还来不及被活性炭纤维吸附而流出，当流速较低时，吸附情况较好，但是流速过小会延长操作周期，所以选择2.5 mL/min的流速最为合适。

图4 不同温度对静态吸附的影响Fig. 4 Influence of temperature on static state adsorption

图5 不同流速对动态吸附的影响Fig. 5 Influence of flow rate on dynamic state adsorption

2.2.2 不同浓度对吸附的影响

从图6可以看出，在所选浓度范围内，浓度升高，活性炭纤维的吸附量降低，可能是由于浓度提高，与钯(Ⅱ)竞争吸附的杂质也随之提高，影响了钯(Ⅱ)对在活性炭纤维内部的吸附。

因此，在动态吸附中，浓度过高不利于吸附。所以选择浓度为2 μg/mL的钯(Ⅱ)溶液最为合适。

2.2.3 不同温度对吸附的影响

从图7可以看出，随着温度的升高，活性炭纤维对钯(Ⅱ)溶液的吸附量增加，这是因为随着温度的升高，活性炭纤维对钯(Ⅱ)溶液的吸附性能变得更强。但温度过高使得吸附所用时间变长。所以选择吸附温度为298 K最为合适。

3 结 论

（1）活性炭纤维是一种良好的吸附剂，对钯(Ⅱ)溶液的吸附率可达 98%以上。

图6 不同浓度对动态吸附的影响Fig.6 Influence of concentration on dynamic state adsorption

图7 不同温度对动态吸附的影响Fig.7 Influence of temperature on dynamic state adsorption

（2）静态吸附实验中的较佳条件是：吸附温度为298 K，吸附时间为70 min。

（3）动态吸附实验中的最佳条件是：流速为2.5 mL/min，选用浓度为2 μg/mL，吸附温度为298 K。

[1] 黄伯芬. 活性炭纤维(ACF)及其应用[J]. 化工时刊, 2003, 17(11): 16-18.

[2] 马海燕, 倪吾钟. 活性炭纤维的性能及其在环境卫生中的应用[J]. 广东微量元素科学, 2003, 10(4): 26-30.

[3] 王强, 黄文杰, 符若文. 吸附条件对活性炭纤维氧化还原钯的影响[J].材料研究学报, 1998, 12(1): 87-90.

[4] 曾容, 岳中仁, 曾汉民.活性炭纤维对贵金属的吸附[J]. 材料研究学报, 1998, 12(2): 203-206.

[5] 曾容, 岳中仁, 曾汉民. 活性炭纤维表面结构及其吸附银机理研究[J].合成纤维工业, 1998, 21(4): 1-4.

Study on Adsorption Properties of Activated Carbon fiber for Palladium (Ⅱ)

LI Ling-kai1，LIU Hai-qing2
(1. Muping No. 1 Middle School, Shandong Muping 264100，China；2. Zhaoyuan Environmental Protection Bureau, Shandong Zhaoyuan 265400，China）

Activated carbon fiber (ACF) is a new high effective adsorbent. It has characteristics of large specific surface area and good capability of adsorption. In this paper, it was used to absorb palladium (Ⅱ). In static state and in dynamic state, effect of original concentration of palladium(Ⅱ), temperature of the system, mass of activated carbon fiber, time of adsorption, flow rate, etc. on adsorbent performance of the activated carbon fiber was discussed. The results show that the activated carbon fiber has good capability of adsorption for palladium (Ⅱ), its rate of adsorption can reach 98% under optimal operation conditions. The best original concentration of palladium (Ⅱ) is 2 μg/mL, the best temperature of the system is 298 K, the best mass of activated carbon fiber is 0.08 g, the best time of adsorption is 70 min and the best flow rate is 2.5 mL/min.

Activated carbon fiber；Palladium (Ⅱ)；Arsenazo；Adsorption

TQ 314

A

1671-0460（2011）03-0245-03

2010-12-04

李凌凯（1970-），女，中学一级教师，山东牟平人，1992年毕业于山东师范大学化学专业。E-mail：lilingkai1970@163.com，电话：0535-4250986。