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影响重金属离子在活性炭上吸附的因素分析

来源:四川活性炭作者:泷邦小编 时间:2021-01-15 15:20:47 点击:781次

[文章前言]:从活性炭对重金属离子的吸附机理来看,我们将参考许多材料来分析影响活性炭在重金属离子上的吸附的主要因素,活性炭的粒径,孔径,温度,pH值以及水中其他颗粒的相互作用。在此基础上,讨论了提高活性炭吸附能力的几种措施。
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  随着技术的进步,人们的生活正在日新月异。然而,人们在享受生活的同时面临着严重的环境问题。据统计,中国每年的工业废水排放量约为8108 m3,其中不仅包含氰化物和其他剧毒成分,还包含铬,锌,镍,锌和汞等重金属离子。由于其高稳定性和强毒性,使用传统的水处理工艺处理这些工业废水不仅消耗大量能量,而且还会产生难以处理的二次废物。活性炭具有比表面积大,物理吸附和化学吸附功能高,效率高,去除效果好等优点,被广泛用于废水处理中。国内外有很多关于活性炭吸附特定离子的文献,但大多数都经过实验来解释操作条件对活性炭吸附重金属离子的影响,并分析了吸附机理对活性炭吸附的影响。很少包含。签出各种文件。基于这些数据,我们试图从重金属离子对活性炭的吸附机理出发,通过分析对吸附影响较大的因素,提出提高活性炭吸附能力的方法。

影响重金属离子在活性炭上吸附的因素分析

吸附机理分析

  活性炭是通过高温热解和含碳物质的活化而获得的多孔碳化合物。凭借其内部的多孔结构,每克活性炭的表面积可以达到1000m2,而活性炭的强大吸附力在于其较大的吸附面积。

  溶质从水移动到固体颗粒的表面并发生吸附,这是水,溶质和固体颗粒相互作用的结果。吸附的主要原因是溶质对水的疏水性和溶质对固体颗粒的高亲和力。活性炭对离子的吸附过程主要包括以下步骤:(1)使液膜从流体体扩散到吸附剂表面; (2)从吸附剂孔的液相到吸附剂中心的孔扩散; (3)表面吸附反应。重金属离子在吸附剂(例如活性炭)上的吸附通常不是纯粹的物理吸附,但不能与有机分子相同,因为它们与吸附剂的表面官能团反应形成与沉淀的络合物或进行离子交换。在吸附状态下,它在吸附剂的表面上自由移动。因此,对于重金属离子,吸附机理被认为涉及三个过程。

  (1)物理吸附沉积在活性炭表面的重金属离子;

  (2)重金属离子会引起活性炭表面的离子交换反应。

  (3)重金属离子通过含氧官能团化学吸附在活性炭的表面上。

  根据上述吸附机理,通过对铅,镉,铜等重金属离子的吸附研究得到的吸附曲线可以很好地拟合Freundlich型和Langmuir型曲线,线性相关系数均为0.95以上,表明有3种金属。它。活性炭的离子吸附是单分子层吸附。吸附过程是物理吸附和化学吸附并存的物理运动过程。当金属铅离子完全接触活性炭的表面并进入空隙内部时,它可以被有效地吸附,但是当吸附达到一定时间后,吸附运动基本上达到了动态平衡。

影响吸附的因素分析

2.1活性炭的粒径和孔径

  活性炭的吸附能力与活性炭的孔径和结构有关。通常,颗粒越小,孔隙扩散速度越快,活性炭的吸附能力越强。

  黄和史密斯等。 (1981)实验证明,颗粒状活性炭(GAC)的吸附速率远低于粉末状活性炭(PAC),并且孔的扩散速率被认为是限制吸附速率的主要因素。 Huang和Wirth等人的后续实验表明,随着一系列不同粒径的粉末状活性炭粒径的增大,孔对吸附过程的扩散作用变得越来越重要。 Rubin and Mercer(1987)比较了可以通过8到10目筛的颗粒状活性炭和可以通过50到200目筛的颗粒状活性炭的吸附率。找到粒状活性炭达到吸附平衡所需的时间。 95小时,通过粒度为50到200目的筛子达到吸附平衡的时间平均为6小时,差异显而易见。

  粒度还影响活性炭的比表面积。与粒状活性炭和粉末状活性炭相比,活性炭纤维(ACF)具有狭窄且均匀的孔径分布。微孔的体积约占总体积的90。大多数微孔具有约1nm的孔径。实验表明,它对水中的重金属离子有负面影响。与后两者相比,吸附容量大大提高,吸附速率也更快。

2.2温度的影响

  活性炭吸附到重金属离子上的过程实质上是结合了吸附和解吸的过程。由于吸附反应是吸热反应,因此通常建议降低温度。通过不同温度下的吸附测试,黄鑫等人发现一定的温度(<50C)几乎不会影响吸附能力,活性炭对重金属的吸附仍能达到较好的效果。当溶液温度高(> 50)时,液相吸附热较小,但分子热运动的恶化破坏了吸附平衡并降低了吸附容量,表明了物理吸附性能的特征。

2.3 pH

  活性炭表面上的各种含氧基团和官能团主要以四种形式存在:CHO,-OH,-COOH和-C=O,通常是被活性炭吸附的活性中心。考虑到吸附机理,pH值是重要的介质,它不仅影响吸附位点的解离,而且还影响重金属离子的化学水解,氧化还原反应和沉淀。

  博涛活性炭生产商测试了在不同pH值下铅和镉离子的吸附,当溶液的pH值为3.0-6.5时,活性炭的吸附容量随pH值的增加而增加,但随着pH值的持续增加,吸附容量反而减小。做吧这是因为,当pH值非常小时,溶液中会存在许多H离子。活性炭表面上的-CHO,-OH,-COOH和-C=O与溶液中的H结合并改变活性炭表面的亲和力。此时,活性炭的有效活性中心被H占据,并且重金属离子没有被完全吸收,因此吸附能力相对较低。当溶液的pH值增加时,键合在活性炭表面官能团上的H分解,暴露出大量的活性中心,重金属离子占据了这些活性中心并被有效地吸附,因此吸附量增加了。它随着pH值的增加而增加。然而,随着pH值继续增加,溶液中OH离子与金属离子之间的化学相互作用增加,导致吸附容量相对降低。

2.4水中其他颗粒的影响

  如果水中含有不同的重金属离子,则活性炭的吸附程度可能会相互影响,从而产生协同或拮抗作用。 Wey等人发现,当水中含有其他重金属离子时,活性炭尤其是铅和镉这两种重金属离子的吸附效率会大大降低。由这些重金属离子形成的化合物占据了活性炭的表面,吸附面积大大减小,这使活性炭失去了吸附其他物质的能力。

  水中的其他化合物也会影响吸附。在使用活性炭去除镍和镉的实验中,Reed等人使用EDTA,琥珀酸和磷酸盐作为添加剂,在两种类型的活性炭Nuchar和Darco的情况下,EDTA的加入会导致游离配体的作用。吸附能力得到提高。减少;对于Calgon型活性炭,如果pH值较低,则添加EDTA可以提高吸附能力。然而,琥珀酸和磷酸盐的添加不影响吸附。

  当然,活性炭的吸附能力与污水的浓度有关。随着吸附材料的平衡浓度在一定温度下增加,活性炭的吸附容量增加。

提高活性炭吸附能力的措施

3.1改进的活性炭

  3.1.1使用表面改性剂

  在以上分析中,已知活性炭表面上的官能团对吸附性能有很大影响,并且表面性能对不同物质的吸附性能的影响以及基于不同吸附物的相应重整处理将得到显着改善。能够。吸附适应性和吸附效率。

  活性炭纤维被浓HNO3氧化和改性,ACF表面的含氧基团(包括酸性基团)明显增加,低浓度铅离子的吸附效果非常好,吸附速率也非常快,吸附平衡时间仅为5分钟。它对pH 4-6之间的铅离子保持高吸附性能。

  3.1.2改进生产流程

  在活化过程中,表面氧化物形成在活性炭的表面上,极大地影响了吸附。通常,酸性氧化物在由低于300C至500C的潮湿空气制得的活性炭中占主导地位,但在800C至900C的情况下,碱性氧化物在由空气,蒸汽或CO2作为氧化剂制得的活性炭中占主导地位。优点:它在500-800之间具有两性。因此,改进了活性炭的生产工艺,优化了活性炭的表面氧化物类型,从而提高了活性炭的吸附能力,从而使活性炭具有极性并且可以容易地吸附具有强极性的重金属离子。

3.2调节溶液的pH

  pH值对活性炭水中重金属离子的吸附有很大的影响,如果适当调节pH值,可以大大提高去除效率。在进行活性炭对水中铅离子吸附的动态实验之前,有必要选择合适的实验pH范围。在pH 2时,活性炭几乎不吸附Pb2 +离子,随着pH值的增加,吸附效率逐渐提高;在pH=8时,Pb2 +通过沉淀反应与溶液中的OH-反应,溶液中Pb2 +的浓度升高变得很高。低,因为没有沉淀反应的吸附效率高,所以动态吸附实验选择pH=6。

3.3水样品的预处理

  根据先前对影响活性炭吸附的因素的分析,对水样品进行适当的预处理可使活性炭更有效地吸附重金属离子,例如降低影响水样品吸附的物质的浓度并降低水的浊度。延长了工作周期,提高了活性炭的吸附效率。

结论

  (1)由于重金属离子的特殊性质,除一般的物理吸附外,活性炭对重金属离子的吸附还具有离子交换反应和活性炭表面上含氧官能团的化学吸附。

  (2)孔的扩散速率是限制吸附速率的主要因素,pH值对活性炭表面的氧化物影响更大,影响溶液的吸附能力。

  (3)根据影响活性炭吸附的因素分析,调节pH值,改性活性炭表面,对水样进行预处理等措施可以大大提高活性炭的环境适应性,提高活性炭的吸附能力。


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