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颗粒活性炭吸附试验

2018-01-12 10:27:12 露丰水处理 阅读

活性炭吸附试验

1.试验意图

    本试验用亚甲基蓝(C16H18ClN3S)替代工业废水中有机污染物,选用活性炭吸附法,探求活性炭投放量、吸附时刻等要素对活性炭吸附性的影响,探求活性炭处理有机污染水体时的优工艺参数。 

2.试验原理 

2.1活性炭特性

    活性炭是水处理吸附法中广泛应用的吸附剂之一,有粒状和粉状两种。其间粉末活性炭应用于水处理在国内外已有较长的前史。活性炭是一种暗黑色含炭物质,具有发达的微孔结构和巨大的比外表积。它化学性质安稳,可耐强酸强碱,具有良好吸附性能,是多孔的疏水性吸附剂。活性炭初用于制糖业,后来广泛用于去除受污染水中的有机物和某些无机物。它简直能够用含有碳的任何物质做原材料来制作,活性炭在制作进程中,其挥发性有机物被去除,晶格间生成空地,构成许多形状各异的细孔。其孔隙占活性炭总体积的 70%~ 80%,每克活性炭的外表积可高达 500 ~ 1700 平方米,但 99.9%都在多孔结构的内部。活性炭的极大吸附才能即在于它具有这样大的吸附面积。 

2.2活性炭吸附特征

    活性炭的孔隙巨细散布很宽,从 10-1nm 到104nm 以上,一般按孔径巨细分为微孔、过渡孔和大孔。在吸附进程中,真实决定活性炭吸附才能的是微孔结构。活性炭的悉数比外表简直都是微孔构成的,粗孔和过渡孔只起着吸附通道作用,但它们的存在和散布在相当程度上影响了吸赞同脱附速率。研讨标明,活性炭吸附一起存在着物理吸附、化学吸赞同离子交流吸附。在活性炭吸附法水处理进程中,使用3种吸附的归纳作用到达去除污染物的意图。关于不同的吸附物质,3种吸附所起的作用不同。 

(1)物理吸附

    分子力发生的吸附称为物理吸附,它的特点是被吸附的分子不是附着在吸附剂外表固定点上,而稍能在界面上作自在移动。物理吸附能够构成单分子层吸附,又可构成多分子层吸附。由于分子力的普遍存在, 一种吸附剂能够吸附多种物质,但由于吸附物质不同,吸附量也有所不同。这种吸附现象与吸附剂的外表积、细孔散布有着密切联系,也和吸附剂外表力有关。 

(2)化学吸附

    活性炭在制作进程中炭外表能生成一些官能团,如梭基、轻基、淡基等,所以活性炭也能进行化学吸附。吸附剂和吸附质之间靠化学键的作用,发生化学反响,使吸附剂与吸附质之间牢固地联络在一起。一种吸附剂只能对某种或特定几种物质有吸附作用,因而化学吸附只能是单分子层吸附,吸附是较安稳的,不易解吸。活性炭在制作进程中,由于制作工艺不一样,活性炭外表若有碱性氧化物则以吸附溶液中的酸性物质,若活性炭外表有酸性氧化物则以吸附溶液中的碱性物质。 

(3)离子交流吸附

    一种物质的离子由于静电引力集合在吸附剂外表的带电点上,在吸附进程中,伴随着等量离子的交流口。离子的电荷是交流吸附的决定要素。被吸附的物质往往发生了化学改变,改变了本来被吸附物质的化学性质。这种吸附也是不可逆的,因而仍归于化学吸附,活性炭经再生也很难康复到本来的性质。

2.3活性炭在水处理中的运用

    用活性炭吸附法处理污水或废水就是使用其多孔性固体外表,吸附去除污水或废水中的有机物或有毒物质,使之得到净化。研讨标明,活性炭对分子量500-1000范围内的有机物具有较强的吸附才能。活性炭对有机物的吸附受其孔径散布和有机物特性的影响,首要是受有机物的极性和分子巨细的影响。相同巨细的有机物,溶解度越大、亲水性越强,活性炭对它的吸附性越差,反之,对溶解度小,亲水性差、极性弱的有机物如苯类化合物、酚类化合物等具有较强的吸附才能[4] 活性炭水处理的首要影响要素有: 活性炭的性质、吸附质性质、吸附质的浓度、溶液pH、溶液温度、多组分吸附质共存和吸附操作条件等. 

3.仪器与药品 仪器

    可见分光光度计 恒温摇床 药品

    亚甲基蓝、粉末活性炭(PAC)、不定型颗粒活性炭(GAC) 

4.试验操作

4.1亚甲基蓝标线制作

    1、 配制100mg/L的亚甲基蓝溶液:量取10ml 1000亚甲基蓝母液于100ml容量瓶,用蒸馏水稀释至标线。

    2、 用移液管别离移取亚甲基蓝规范溶液0.5、1、1.5、2、2.5ml于50ml比色管中,用蒸馏水稀释至刻度线处,摇匀,以水为参比,在波长664nm处,用1cm比色皿测定吸光度,绘出规范曲线。

4.2吸附试验

4.2.1粉末炭与颗粒炭吸附作用比较

    别离称取0.01、0.02、0.04、0.08、0.l2gPAC或0.5 、1、2、4、8gGAC,加入到100mL浓度为20mg/L的亚甲基蓝溶液中,放入恒温振动器中振动,设置转速为200r/min,温度30℃,反响30 min,取上清液测定剩下溶液的吸光度,调查活性炭投加量对亚甲基蓝去除率的影响。 

4.2.2活性炭吸附进程类型断定

    别离称取0.01、0.02、0.03、0.04、0.05gPAC或0.5 、1、2、4、6gGAC,加入到100mL浓度为20mg/L的亚甲基蓝溶液中,放入恒温振动器中振动,设置转速为200r/min,温度30℃,反响30 min,取上清液测定剩下溶液的吸光度。依据吸附前后亚甲基蓝浓度差、溶液体积和吸附剂用量核算活性炭对亚甲基蓝的吸附容量(qe)。对试验数据别离做Langmuir吸附方程和Freundlich吸附方程拟合。

4.2.3穿透曲线

    从吸附柱(20cm、30 cm)上口流进40mg/L 的亚甲基蓝溶液,从吸附柱出口接样调理其流量为8ml/min,一定时刻距离后接样,剖析其浓度。直到出口浓度为初始浓度的90%停止,试验完毕。 5.结果与评论 5.1规范曲线

    不同浓度亚甲基蓝标液对应吸光度如表1所示。依据表中数据,制作Abs-浓度曲线。

    表1,不同浓度亚甲基蓝对应吸光度数据表

    浓度mg/l Abs 0 -0.003 1 0.165 2 0.373 3 0.591 4 0.81 5 0.998

    1.210.8Abs0.60.40.200123mg/l456y = 0.204x -0.019R2 = 0.998 图1,亚甲基蓝吸收规范曲线

    规范曲线相联系数R=0.999,阐明在664nm处,亚甲基蓝浓度在0-5mg/l与吸光度有较好的线性联系。吸收曲线方程为y=0.2045x-0.0193。 5.2不同活性炭去除作用比较

    图2,a为粉末活性炭添加量对20mg/l亚甲基蓝去除作用,b为颗粒活性炭添加量对20mg/l

亚甲基蓝去除作用

    由图1能够看出,无论是颗粒炭仍是粉末炭,在一定范围内,随投加量添加,对亚甲基蓝去除率都是先快速上升,后上升趋势减缓;关于20mg/l亚甲基蓝废水处理,粉末活性炭佳投加量为0.08g,颗粒活性炭佳投加量为8g,去除作用能到达95%以上;明显,粉末活性炭去除功率远高于颗粒活性炭,这是由于粉末炭比外表积远大于颗粒炭,而吸附现象发生在吸附剂外表上,所以吸附剂的比外表积是影响吸附的重要要素之一,比外表积越大,吸附性能越好。

5.3吸附进程类型断定 5.3.1粉末活性炭

    单分子吸附的Langmuir方程为:

    q=kpqm/(1+kp)(1)

    方程两头取倒数得,1/q=1/(kqm)*1/p+1/qm(2) 式2两头一起乘以p得,p/q=p/qm+1/kqm (3) 由式3知,p/q和p呈直线联系,将试验数据收拾为:

    P/(mg/l)

    表2 14.20636 9.753545 5.712958 3.39511 1.972127 p/q[mg(C)/l] 245.2059 190.3789 119.961 81.78579 54.69661 依据表2数据作p/q-p图,其相联系数为0.997,如图3。

    300250p/q[mg(C)/L]20015010050005p/(mg/l)1015y = 15.70x + 28.36R2 = 0.994 图3,粉末炭p/q-p曲线

    Freundlich吸附方程为:q=kp

    1/n

    式4两头取对数得:Inq=1/nInp+Ink (5) 由式5知, Inq和Inp呈直线联系,将试验数据收拾为:

    表3;InpInq;0.6791131.2223361.742737;图4,粉末炭Inq-Inp;由以上核算可知,选用Langmuir方程拟合的线;5.3.2颗粒活性炭;运用与5.3.1相同的原理和办法,别离作颗粒炭的;图5,颗粒炭的p/q-p直线;图6,颗粒炭Inq-Inp;结合图5、6,颗粒炭Langmuir方程拟合的线;

5.4吸附柱试验;初始浓度为40

    0.679113 1.222336 1.742737 2.277631 2.65369 -3.32269 -3.18177 -3.04443 -2.97139 -2.84841 作Inq-Inp图,其相联系数为0.995,如图4

    图4,粉末炭Inq-Inp

    由以上核算可知,选用Langmuir方程拟合的线性相关性与Freundlich吸附方程附近,所以能够断定粉末炭对亚甲基蓝吸附进程即契合Langmuir型又契合Freundlich型。由p/q-p直线可核算出粉末炭饱满吸附量qm=0.0353mg/mg(C);由直线斜率1/(kqm)=15.702,求得k=1.80.

5.3.2颗粒活性炭

    运用与5.3.1相同的原理和办法,别离作颗粒炭的p/q-p直线(图5)和Inq-Inp直线(图6)。

    图5,颗粒炭的p/q-p直线

    图6,颗粒炭Inq-Inp

    结合图5、6,颗粒炭Langmuir方程拟合的线性相关性远好于Freundlich吸附方程,能够断定颗粒炭对亚甲基蓝吸附进程即契合Langmuir型,饱满吸附量qm=2.7×10-4,k=2.52。


5.4吸附柱试验

    初始 浓 度 为 40mg/l,进 料 流 速 为8ml/min, 在不同填料高度下测定活性炭柱对亚甲基蓝的吸附性能,穿透曲线如图7.吸附柱高度别离为21cm和29cm,出水浓度到达进水浓度90%所需时刻别离为215min和275min,随着吸附柱高度添加,提高了活性炭对亚甲基蓝的吸附量,吸附结尾推延。不同吸附柱的穿透曲线类似,这是由于吸附平衡和传质分散速率不随吸附柱高度的改变而改变[6]。至于单个数据较反常,是由于试验所用活性炭颗粒较大,吸附柱难以填充密实,会存在相对较大的空地,部分溶液直接经过这些空地而削减与活性炭接触的时刻,所以出水浓度会呈现动摇。

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