活性炭对水体中亚甲基蓝的吸附性能研究

2017-06-29王仲帅广东嘉应学院

资源节约与环保 2017年5期

关键词：固定床投加量活性炭

王仲帅（广东嘉应学院）

活性炭对水体中亚甲基蓝的吸附性能研究

王仲帅
（广东嘉应学院）

以活性炭为吸附剂，从静态吸附试验与固定床吸附试验两方面研究了活性炭对亚甲基蓝的吸附行为。

活性炭；亚甲基蓝；吸附；去除率

1 前言

在静态吸附实验中，探讨了pH值、温度、初始浓度、振荡强度和活性炭用量等因素对吸附的影响。结果表明，亚甲基蓝的去除率随着活性炭用量和PH值升高而增加；初始浓度的增大会使亚甲基蓝去除率降低；转速过低不利于亚甲基蓝分子充分与活性炭接触，去除率较低，最佳转速为170r/min；最佳温度为30℃，,但从实际出发，应选择室温（22℃），用适量增加活性炭用量的方法达到所需去除效果；吸附等温线均符合Langmuir和Ferundlich[1]吸附方程，运用Langmuir吸附等温线方程模拟了颗粒活性炭对染料的吸附，得到了较好的效果。在pH=5.3，T=600mg/l，m=0.1001g，c=600mg/l时，亚甲基蓝的去除率达到74.8%。

亚甲基蓝固定床实验结果表明，到达穿透点（43mg/l）的时间为130分钟，其后浓度急剧上升，最终达到平衡,饱和吸附量为300g/l。

2 实验部分

2.1 静态吸附实验

2.1.1 溶液pH值对吸附的影响pH值是影响吸附的最重要的参数之一，为了研究pH值对活性炭吸附亚甲基蓝的影响，在室温下（所有实验温度为室温，约22℃，特别标注的除外），向已经编好号的聚乙烯瓶中各倒入浓度为600mg/l亚甲基蓝溶液100mL，加入0.1000g（误差±0.0002g）活性炭，以稀盐酸和氢氧化钠调节pH在1.04到12.03之间，放入转速为170r/min的振荡机中振荡两个小时后，后静置过滤，测量吸附前后亚甲基蓝的浓度，并计算去除率。

图3 -1 pH值对亚甲基蓝去除率的影响

图3 -2 pH值对亚甲基蓝吸附量的影响

由图3-1可知随着pH值的升高，亚甲基蓝去除率也升高。因为亚甲基蓝属于碱性染料，因此在酸性条件下，与氢离子在颗粒活性炭上产生竞争吸附，去除率有所下降，随着pH值的升高，溶液中氢氧根离子浓度增加，亚甲基蓝的离解度变小，与颗粒活性炭间的静电斥力变小[2]，因此，吸附量增加，亚甲基蓝去除率变大。在pH为4-8的范围内偏于中性，既不与氢离子产生竞争吸附，也不会由静电排斥，所以吸附率处于一个相对稳定的阶段。由图3-1可以看出，碱性的情况下有利于活性炭对亚甲基蓝的吸附。由图3-2可知，自然pH值（5.3）的吸附量为0.47g/g，pH=12.03的吸附量为0.51g/g，两者相差不大，故本实验采用自然pH进行。

2.1.2 亚甲基蓝浓度对吸附的影响

称重量均为0.1000g活性炭5份，放入干燥并己编号的100mL聚乙烯瓶中，配制浓度分别为400mg/l、600mg/l、900mg/l、1200mg/l、1500mg/l亚甲基蓝溶液各100ml，依次倒入已编号的聚乙烯瓶中，旋上塞子，放于放入振荡器持续振荡两个小时，转速为170r/min，后静置过滤取，以超纯水为参比液，用分光光度计，取波长为650nm，测滤液的吸光度A值，并计算去除率。

由图3-3与图3-4可知，去除率随着原水浓度的增大而急剧下降，最终达到平缓。因为溶液浓度低，溶液中单位体积内的分子少，因而能充分与活性炭吸附中心接触，故吸附效率高，可达97.3%。当浓度进一步增加，亚甲基蓝溶液的粘度增大，不利于亚甲基蓝分子扩散，另一方面，溶液浓度增加，对于一定量的活性炭，显然吸附效率是下降的。但亚甲基蓝的去除量是随着原水浓度的增加而增大，直到达到饱和吸附量。

图3 -3去除率随亚甲基蓝浓度的变化曲线

图3 -4吸附量随亚甲基蓝浓度的变化曲线

2.1.3 活性炭投加量对吸附的影响

向100mL聚乙烯瓶杯中加入浓度为600mg/L的水样100.0mL，分别加入活性炭0.0602、0.0803、0.1001、0.1203、0.1399、0.1601g，旋上塞子，放于振荡器持续振荡两个小时，转速为170r/min，后静置过滤，以超纯水为参比液，用分光光度计，取波长为650nm，测滤液的吸光度A值，并计算去除率。

图3 -5活性炭投加量对吸附影响的变化曲线

图3 -6活性炭投加量对吸附量的影响变化曲线

从图3-5和3-6中可以看出，随着活性炭用量的增加，亚甲基蓝的去除率增大，但是其吸附量却随之减少。当活性炭用量从0.0602g增加到0.1601g，对亚甲基蓝的去除率从50.5%增加到99.8%，对亚甲基蓝的吸附量却0.50g/g减少到0.37g/g。此外，随着活性炭投加量的增加，比表面积增大，孔道增多，使得可接受亚甲基蓝的吸附位增多，所以单位重量上的吸附量趋于下降趋势。

2.2 动态实验

工业应用颗粒活性炭一般用吸附塔，故在实验中可使用动态吸附性能试验评价颗粒活性炭的吸附性能。它是在吸附塔中充填了颗粒活性炭以后，让液体以一定流速流动，测定在吸附塔的出口处的溶液中吸附质浓度随时间变化的一种方法。液体的流动一般采用下向流式，在水处理过程中，下向流处理的液体质量要高于上向流[13]，动态实验仿照吸附塔进行设计。

实验装置如图3-7所示，取实验室使用的50ml碱式滴液管，在滴液管上下两端装玻璃棉作为支撑物，中间填装1.3g活性炭，柱高0.7cm，将初始浓度600mg/l的亚甲基蓝溶液以7ml/5min（1.24cm/min）的流速从固定床的顶部流入，每隔一段时间取样测定活性炭床层流出的亚甲基蓝溶液的浓度。以吸附时间（min）为横坐标，出水浓度（mg/l）为纵坐标做穿透曲线，如图3-12。