吸附重金属离子活性炭再生工艺分析

2018-05-11付国胜

山西化工 2018年1期

付国胜

（大同煤业金鼎活性炭有限公司,山西大同 037001）

引言

为了进一步提升对重金属离子的吸附性能,选用改性剂对活性炭进行改性,从而更好地提升重金属离子的吸附效果,并降在一定程度上降低污染［1］。活性炭极强的吸附功能,可以更好地将重金属离子中的有毒有害物质等进行吸附清除,并发挥出吸附重金属离子活性炭再生工艺的最大作用。

1 吸附重金属离子活性炭再生实验

1.1 仪器的选用

本实验选用PHS－25型号的PH计,SHA－B型号的恒温水浴振荡器、T5紫外可见分光光度计、AB204＿E型号的电子天平以及101－1A型号的电热鼓风干燥箱和循环水真空泵。试剂分别选用了硝酸（HNO3）、氢氧化钠（NaOH）、硫酸（H2SO4）、磷酸（H3PO4）、六次甲基四胺（C6H12N4）、抗坏血酸（C6H8O6）、聚乙烯醇（C2H4O）等市场上较为常见的分析纯试剂用来进行吸附重金属离子活性炭再生实验。

1.2 吸附实验工序

在进行仪器以及试剂的选取完毕后,便要进行相关的吸附实验,该实验选取了50mL质量浓度为1 000mg/L的Cr、Pb、Cd溶液,经专业调试仪器在进行调试后得出上述三种的溶液PH值分别为3、6、6,在得出实际的PH值后,相关的实验人员分别对此加入了2.0、1.2、2.0克的活性炭,并放入恒温水浴震荡期中,并将温度合理的控制在30℃左右,以200r/min的速度进行转速震荡,震荡的时间为两天左右,在进行震荡后,将其进行过滤,并测得过滤后的吸附量对 Cr、Pb、Cd的值分别为22.558mg/g、35.655mg/g、11.22mg/g［2］。

1.3 再生实验工序

再生实验主要采用浓度为5%的硝酸（HNO3）对活性炭进行再生处理,并保证活性炭质量与硝酸体积为1∶30左右,并将再生温度取值分别为20℃～50℃,对于再生时间选取为1h、2h、4h、8h以及24h,对于再生次数的选取为1次～5次,在对上述数据进行合理选取后,便要对其进行活性炭质量耗损率以及实际恢复率的计算。

1.4 活性炭再生表示

1）耗损活性炭质量占原有活性炭耗损程度越高,说明活性炭质量损失越严重。2）在进行再生处理后的活性炭吸附能力与再生前吸附能力相比,性能恢复率越高说明活性炭吸附能力越强。

2 吸附重金属离子活性炭再生实验结果分析

2.1 再生温度对活性炭吸附的影响

采用浓度为5%的硝酸（HNO3）对活性炭进行再生处理,并保证活性炭质量与硝酸体积为1∶30左右,并将再生温度取值分别为20℃～50℃,将再生时间控制在8h以下,再生温度对活性炭的实际耗损率以及恢复率如第19页图1、图2所示。

图1 再生温度对活性炭质量耗损率的实际影响

图2 再生温度对活性炭性能恢复率的影响

由上述图可知,活性炭质量的损耗率与再生温度呈正比,再生过程质量被损耗的其中一部分是因为活性炭所吸附的物质出现脱附现象,另一方面主要是因为酸性溶液在一定温度下会致使活性炭孔结构发生了一定的氧化过程,从而导致再生过程中的质量损耗的情况发生。若一再提高温度,只会加速吸附物质的脱附,从而致使活性炭孔结构的烧毁程度加深,在一定程度上影响活性炭质量损耗率［4］。与此同时,通过图2可以得知活性炭性能的恢复率随再生温度的升高而逐渐增加,说明活性炭性能的恢复率与再生温度成正比,由于吸附在活性炭上的Cr、Pb、Cd会受到较高的温度而提升恢复率,硝酸（HNO3）的再生也属于化学再生机理,并主要体现在温度越高越有利于活性炭所吸附的Cr、Pb、Cd与硝酸（HNO3）进行一定的化学反应结合,在一定程度上提升了活性炭吸附性能。

2.2 再生时间对活性炭吸附的影响

采用浓度为5%的硝酸（HNO3）对活性炭进行再生处理,并保证活性炭质量与硝酸体积为1∶30左右,并将再生温度取值分别为20℃～50℃。再生时间选取为1h、2h、4h、8h以及24h,再生温度对活性炭的实际耗损率以及恢复率如图3,图4所示。

图3 再生时间对活性炭质量损耗率的实际影响

图4 再生时间对活性炭性能恢复率的实际影响

由上述图可知,活性炭质量的损耗率与再生温度呈正比,再生过程质量被损耗的其中一部分是因为活性炭所吸附的物质出现脱附现象,另一方面主要是因为酸性溶液在一定温度下会致使活性炭孔结构发生了一定的氧化过程,从而导致再生过程中的质量损耗的情况发生［5］。因此,再生时间与活性炭烧蚀的时间成正比。由图4可知,活性炭恢复率随着再生时间的延长而增加,其主要原因是再生时间越长,活性炭所吸附的Cr、Pb、Cd会脱附的越彻底,其性能恢复得也会越好。与此同时,当4h状态下的活性炭性能恢复率随着再生时间的增长而逐渐呈缓慢的上涨状态,当再生时间为8h左右时,活性炭吸附的物质便已经处于完全脱附状态［4］。

2.3 再生次数对活性炭吸附的影响

通过对再生次数对活性炭吸附的影响也是采用浓度为5%的硝酸（HNO3）对活性炭进行再生处理,并保证活性炭质量与硝酸体积为1∶30左右,并将再生温度取值分别为20℃～50℃,对于再生时间选取为1h、2h、4h、8h以及24h,再生次数选用1次～5次不等,再生次数对活性炭的实际耗损率以及恢复率如图5、第20页图6所示。

图5 再生次数对活性炭性能损耗率的实际影响

通过上述折线图可以得知,活性炭质量的损耗率与再生次数成正比,当硝酸再生后,活性炭需要依靠去离子水将其洗至PH值为6.68左右,在具体洗涤的过程中很容易造成活性炭的质量损耗,硝酸溶液在经过再生次数后,活性炭性能更会在一定程度上遭到破坏。除此之外,活性炭性能的恢复率也会随着硝酸的再生次数的增加而逐渐处于降低的趋势,主要是因为再生的活性炭脱附不完全,烧蚀也会较以往有一定程度上的增加,但是在第5次以后的活性炭仍具有较强的吸附能力［5］。