改性活性炭对金属离子的吸附性能研究

＊康玉莹 李海成 毛文静

（西北民族大学化工学院 甘肃 730124）

改性活性炭对金属离子的吸附性能研究

＊康玉莹 李海成 毛文静

（西北民族大学化工学院 甘肃 730124）

改性活性炭被广泛的应用于污水处理、大气污染防治等领域，特别是在水处理方面越来越显示出其美好前景。本文研究了以活性炭作为原料，经过硝酸氧化得到硝酸改性活性炭，根据实验从溶液pH值、振摇时间、用量以及温度方面对于改性活性炭进行了分析。

改性；活性炭；吸附；性能研究

1.概述

活性炭是一种由生物有机物质(包括煤、石油和沥青等在内)作为原料，经过高温炭化和活化制得的环境友好型吸附剂。它含有大量的微孔，具有巨大的比表面积，能有效地去除色度、臭味，可去除一些有机污染物和某些无机物。由于它具有较好的吸附能力，并且安全性高，不溶于水和有机溶剂，耐热、耐酸碱、易再生，因此，它被广泛的应用于水处理中。但是当前，水污染日益加重，而且污染物数量和种类增多，污染物成分复杂，用普通的活性炭处理已经达不到要求，所以，必须对活性炭的结构和性质进行改性，增大它的吸附性能，提高用水质量和排水质量。

活性炭的表面官能团一般分为含氧官能团和含氮官能团，如果在适当的温度下，利用合适的氧化剂对活性炭材料表面进行氧化处理，这样就提高了材料表面含氧官能团的含量，增强了材料表面的亲水性，同时可以增强对极性物质的吸附能力，达到水处理的目标。

2.改性活性炭的制备

(1)实验仪器

马弗炉、电热恒温鼓风干燥箱、电子天平、水浴锅、筛分机、原子吸收光谱仪、集热式恒温加热磁力搅拌器。

(2)实验药品

颗粒活性炭、硝酸、去离子水、氢氧化钠。

(3)实验步骤

①预处理

将颗粒活性炭经过筛分机筛分，筛分出过200目筛的颗粒活性炭，然后用去离子水将其充分清洗，去除活性炭表面杂质后，在电热鼓风干燥箱中干燥24h，温度控制在110℃，之后冷却，置于棕色瓶内干燥保存。

②改性

用电子天平称取15g经过预处理的活性炭，将其加入到250mL质量分数为15%的硝酸溶液中，在40℃条件下，用集热式恒温加热磁力搅拌器搅拌回流4h。得到的产品用去离子水洗涤多次，然后保持温度110℃下控温干燥24h后，最后放入到马弗炉中在320℃下灼烧2h，即可得到改性活性炭。

3.改型活性炭对金属离子的吸附研究

(1)PH的测定

在25℃温度下，分别取14份100mL30mg/mL的铬离子溶液置于250mL锥形瓶中，将溶液分成两组，分别将pH调节为2，3，4，6，8，10，12，然后分别加入原活性炭和改性活性炭。将溶液振摇30min，静置后离心10min，然后过滤，收集滤液，用原子吸收光谱仪测定上滤液中铬离子的含量。pH是影响金属离子被吸附效果的一个重要因素，不同的pH的溶液吸附率是不同的。根据实验结果可知，随着pH的增大，活性炭对铬离子的吸附越低，原活性炭的吸附率随溶液pH的增大而降低至2．68%，改性活性炭的吸附率随溶液pH的增大而降低至4．71%。pH值很大程度上影响了溶液中吸附质和吸附剂结构，从而影响了吸附剂的吸附容量。具体结果如表1所示。

pH 2 3 4 6 8 10 12原活性炭吸附率/% 96.82 82.19 58.94 40.22 21.65 19.87 2.68改性活性炭吸附率/% 99.56 87.63 78.45 69.31 45.51 38.59 4.71

(2)吸附时间的测定

在25℃温度下，向250mL锥形瓶中加入30mg/mL的铬离子溶液100mL，调节好pH值，分别加入原活性炭和改性活性炭。将溶液振摇30min，静置后离心10min，然后过滤，收集滤液，用原子吸收光谱仪测定上滤液中铬离子的含量。根据实验结果可知，开始时反应物的浓度最大，吸附率急剧上升，随着时间的增加，活性炭的吸附率缓慢增加，到250min后趋于平缓，改性活性炭的吸附率可达到67．85%，原活性炭的吸附率只有33．92%。

在活性炭的吸附过程中，振摇时间也影响着其对于金属离子的吸附，振摇时间越长，活性炭与金属离子有充分的反应时间，只有达到了吸附平衡时间，故吸附率更大，活性炭才能最大限度的发挥吸附效能，本实验测得最适宜的振摇时间为30分钟。

(3)最佳用量的选择

在25℃温度下，向250mL锥形瓶中加入30mg/mL的铬离子溶液100mL，调节好pH值，分别加入不同质量（0．1g，0．2g，0．3g，0．4g，0．5g，0．6g）的改性活性炭。将溶液振摇30min，静置后离心10min，然后过滤，收集滤液，用原子吸收光谱仪测定上滤液中铬离子的含量。由实验数据分析得知，随着投加量的增加，改性活性炭的吸附率急剧上升，之后趋于平稳，在投加量为0．3g时，吸附率达到94．35%，在投加量为0．4g时，吸附率可以达到97．28%，当投加量继续增加，吸附慢慢达到饱和，吸附率就随之下降。因此投加量选择0．4g。

(4)温度的测定

活性炭化学吸附金属离子属于吸热反应，升高温度，反应正向进行，溶液中分子运动剧烈，金属离子和吸附剂表面接触更多。同时活性炭表面官能团的化学吸附速率也随之增加。当温度处于室温时，改性活性炭的吸附效率要比原活性炭高，改性后的活性炭吸附能力被提高。在温度超过60℃时，活性炭对于金属离子的吸附率已经超过90%。所以，升高温度有利于活性炭的吸附。

4.实验结论

(1)本实验利用活性炭作为原料，经过硝酸氧化得到硝酸改性活性炭。此方法比较简便，而且实验过程中所用试剂较少，合成的改性活性炭稳定。

(2)经过实验分析

①该改性活性炭对于不同pH的铬离子溶液的吸附率也不同，随着pH的增加，其吸附速率逐渐降低。

②该改性活性炭吸附时，最佳吸附时间为240min，最佳振摇时间为30min。

③最佳投入量为0．4g时，该改性活性炭的吸附速率较适宜。

④升高温度有利于活性炭吸附金属离子，温度一般为60℃以上。

[1]杨国华,黄统琳,姚忠亮,刘明华．吸附剂的应用研究现状和进展[J]．化学工程与装备,2009,(06):84-88+83．

[2]郭慧,郭兆学．活性炭处理工业废水的应用[J]．科技信息(科学教研),2008,(14):376+361．

[3]梁霞,王学江．活性炭改性方法及其在水处理中的应用[J]．水处理技术,2011,(08):1-6．

[4]王丁明,曹国凭,贾云飞,刘鹏程．活性炭吸附技术在水处理中的应用[J]．北方环境,2011,(11):190-191．

(责任编辑：李鹏波)

Study of the Adsorption Property of Modified Activated Carbon on Metal Ions

Kang Yuying, Li Haicheng, Mao Wenjing

（Chemical Engineering Institute, Northwest University for Nationalities, Gansu, 730124）

Modif ed activated carbon has a wide application in the waste water treatment, atmospheric pollution prevention and treatment etc. fields, especially in the aspect of water treatment, it has shown its good prospect. In this paper, by taking the activated carbon as the raw materials and through the nitric acid oxidation to get the nitric acid modif ed activated carbon, it has analyzed the modif ed activated carbon from the aspects of solution pH value, vibration and shaking time, dosage, and temperature etc.

modif cation；activated carbon；adsorption；property study

TQ

A

康玉莹（1995～)，女，西北民族大学化工学院；研究方向：化学工程与工艺。