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技术问答

粉状活性炭对水中重金属离子的吸附性能

发布时间:2020-07-03点击:

摘要:活性炭是一种具有丰富孔隙结构和巨大比表面积的碳质吸附材料,在污水净化领域具有广泛的应用价值。根据单一变量原则,波涛活性炭厂家研究了粉状活性炭对水中重金属离子Cr(VI)、Cu( Ⅱ)和Fe(Ⅲ)的吸附作用。实验结果表明,粉状活性炭能有效去除3种重金属离子,且去除效果受温度、吸附时间、活性炭用量、溶液pH值的影响。随着活性炭用量、温度或吸附时间的增加,3种离子的去除率先增后减,而溶液pH值增加时,Cu(Ⅱ)离子的去除率几乎不变,Cr(VI)和Fe(Ⅲ)离子的去除率却逐渐降低。吸附时间超过30min时,粉末状活性炭对3种离子中的Cu(Ⅱ)离子去除效果最好,去除率达90%以上。Cu(Ⅱ)离子的去除最优条件为40℃(温度)、30min(吸附时间)、0.15g(活性炭用量)和2.0(pH)。

粉状活性炭对水中重金属离子的吸附性能

污水及工业废水中所含的汞、铬、镍、铜、铁等有害重金属离子具有不可降解性,容易在生物体内聚集,最终会严重影响工农业生产和人类的健康。目前,处理水中重金属离子的方法有化学沉淀、吸附电解、离子交换和膜分离等。吸附法以其高效经济和操作简便等优点而被广泛应用。

活性炭是一种具有丰富孔隙结构和巨大比表面积的碳质吸附材料,常被作为吸附剂处理污水中的各种重金属离子。采用两种不同改性方法对活性炭纤维(ACF)进行改性处理,比较其对水中Pb(Ⅱ)、Cu(Ⅱ)和Co(Ⅱ)离子的竞争吸附效能。结果表明,ACF对三种重金属离子吸附速率较快,吸附60min基本达到平衡,初始pH变化直接影响ACF对Pb(Ⅱ)、Cu(Ⅱ)和Co(Ⅱ)离子的去除效果。3种ACF对重金属离子的亲和力顺序均为Pb(Ⅱ)>Cu(Ⅱ)>Co(Ⅱ),随着平衡质量浓度的增加,其对Pb(Ⅱ)、Cu(Ⅱ)离子的吸附量增大,而对Co(Ⅱ)离子的吸附量呈先增加再下降趋势。有关报道采用活性炭去除水中硒。

活性炭投人量和水的pH值与活性炭吸附效率具有直接关系。水体中硒的浓度为40ug/L,活性炭投入量为5g/L时,水体中硒的除去率为81.23 %,水中残留的硒浓度约为6.82ug/L,已经符合国家规定的饮用水标准(硒浓度10ug/L)。而净化水pH为1.5时,净化效率为64.23%,升高水体pH达6以上时,净化率达94%以上,达到最佳净化效果。Cr(VI)、Cu(Ⅱ)和Fe(Ⅲ)离子是污水中常见的重金属离子,本文采用粉状活性炭对其进行了吸附研究,并探讨了温度、吸附时间、活性炭用量、pH值对吸附作用的影响,以期寻找吸附的最优条件。

波涛活性炭厂家现将“粉状活性炭对水中重金属离子的吸附性能”实验结果分析如下:

一、粉状活性炭用量对吸附去除率的影响

粉状活性炭用量对吸附去除率的影响,充分反应后冷至室温,反复清洗并抽滤,其去除率结果见图1。

粉状活性炭对水中重金属离子的吸附性能

活性炭表面的孔隙结构及官能团是评价活性炭吸附能力的主要指标。由图1可知,投碳量相同时,粉状活性炭对Cu(Ⅱ)离子的吸附能力远大于Fe(Ⅲ)和Cr(VI)离子。随着粉状活性炭投加量的增加,粉状活性炭对三种金属离子的去除率逐渐增加,其中,Fe(Ⅲ)离子的去除率增加最快。当活性炭用量为0.15g时,Cu(Ⅱ)和Fe(Ⅲ)离子的去除率达到最大值,分别为97.34%和84.26%,而活性炭用量为0.20g时,Cr(VI)离子的去除率达到最大值,为81.86%,与活性炭用量为0.15g时的去除率(81.34% )仅相差0.52%。之后再继续增加投碳量,三种重金属离子的去除率变化不明显,吸附达到饱和。

二、pH值对吸附去除率的影响

pH值对吸附去除率的影响,充分反应后冷至室温,反复清洗并抽滤,其去除率结果见图2。

粉状活性炭对水中重金属离子的吸附性能

溶液pH值可以改变活性炭表面官能团的电离状态和金属离子存在形式,对活性炭吸附重金属离子有着重要影响。由图2可看出,粉状活性炭对Cr(VI)和Fe(Ⅲ)离子的吸附效果受溶液pH值影响较大,而对Cu(Ⅱ)离子影响较小。pH =2.0时, Cr(VI)和Fe(Ⅲ)离子的去除率较大,分别为86.82%和80.18%。而随着pH值的增加,Cr(VI)和Fe(Ⅲ)离子的去除率逐渐减小。其中,对于Cr(VI)离子来说,溶液pH值较小时,Cr(VI)离子主要以铬酸氢根(HCrO4-)形式存在,活性炭表面富有含氧官能团,能与铬酸氢根形成氢键,Cr(VI)离子去除率高;而当pH值增加时,Cr(VI)离子主要以铬酸根(CrO42-)存在,在同等量下的Cr(VI)离子,CrO42-结合的官能团要比HCrO4-多,同时溶液中的OH-也会消耗活性炭表面的酸性官能团,使得Cr(VI)离子去除率会一直降低。pH=4.0时,Cu(Ⅱ)离子的去除率达到最大值,为95.53% ,与pH=2.0时的去除率(93.42% )相差2.11%。溶液pH在2~7之间相同时,粉状活性炭最易去除Cu(Ⅱ)离子。

三、温度对吸附去除率的影响

温度对吸附去除率的影响,充分反应后冷至室温,反复清洗并抽滤,其去除率结果见图3。

粉状活性炭对水中重金属离子的吸附性能

三种离子的去除率均随温度升高呈先增后减的趋势。温度为40℃时,它们的去除率大,分别为98.17%、82.54%、86.41%。其原因为温度的升高促进了液体内分子的热运动,加快了吸附平衡;而温度过高,降低了活性炭表面官能团和金属离子之间的络合作用,导致吸附性能发生一定程度的下降。同Cr(VI)和Fe(Ⅲ)离子相比,粉状活性炭对Cu(Ⅱ)离子的吸附作用受温度的影响较小,Cu(Ⅱ)离子的去除率均在90%以上,且大于Cr(VI)和Fe(Ⅲ)离子。所以,粉状活性炭对试验三种重金属离子的吸附效果最佳温度为40℃。

四、吸附时间对吸附去除率的影响

吸附时间对吸附去除率的影响,充分反应后冷至室温,反复清洗并抽滤,其去除率结果见图4.

粉状活性炭对水中重金属离子的吸附性能

粉状活性炭对三种离子的吸附均经历了快速吸附、慢速吸附、后达到动态平衡的过程。这是因为随着时间的增加,活性炭表面的活性位点、孔隙与金属离子相结合,传质动力减少,吸附速度也因此而减慢直至达到平衡。其中,Cu(Ⅱ)和Fe(Ⅲ)离子的去除率变化曲线非常相似。吸附时间为30min时,经过快速吸附,两种离子的去除率达到最大值,分别为94.21%和82.34%;而吸附时间为120min时,它们的去除率变化微小,小于1.05%,说明粉状活性炭对Cu(Ⅱ)和Fe(Ⅲ)离子的吸附时间达到30min时,吸附开始达到动态平衡,并且,粉状活性炭对Cu(Ⅱ)离子的去除效果要优于Fe(Ⅲ)离子。而对于Cr(VI)离子,当吸附时间为90min时,其去除率达到最大值,为94.15%。

五、结论

采用粉状活性炭对水中重金属离子Gr(VI)、Cu(Ⅱ)和Fe(Ⅲ)进行了吸附研究结果表明,粉状活性炭对三种离子的吸附效果受活性炭用量、溶液pH值温度吸附时间的影响。活性炭用量、温度或吸附时间增加,三种离子的去除率先增后减,而溶液pH值增加,Cu(Ⅱ)离子的去除率变化很小,Cr(VI)和Fe(Ⅲ)离子的去除率却逐渐降低。综合来看,粉状活性炭去除Cr(VI)、Cu(Ⅱ)和Fe(Ⅲ)离子的条件为:温度为40℃,吸附时间为30min,活性炭用量为0.15g,溶液pH为2.0,且在该条件下,Cu(Ⅱ)离子的去除效果为最好,其次是Fe(Ⅲ)和Cr(VI)离子。总之,可采用粉状活性炭对含有Cr(VI)、Cu(Ⅱ)和Fe(Ⅲ)重金属离子的污水进行有效处理。