改性活性炭對(duì)金屬離子的吸附性能研究

＊康玉瑩 李海成 毛文靜

（西北民族大學(xué)化工學(xué)院 甘肅 730124）

改性活性炭對(duì)金屬離子的吸附性能研究

＊康玉瑩 李海成 毛文靜

（西北民族大學(xué)化工學(xué)院 甘肅 730124）

改性活性炭被廣泛的應(yīng)用于污水處理、大氣污染防治等領(lǐng)域，特別是在水處理方面越來(lái)越顯示出其美好前景。本文研究了以活性炭作為原料，經(jīng)過(guò)硝酸氧化得到硝酸改性活性炭，根據(jù)實(shí)驗(yàn)從溶液pH值、振搖時(shí)間、用量以及溫度方面對(duì)于改性活性炭進(jìn)行了分析。

改性；活性炭；吸附；性能研究

1.概述

活性炭是一種由生物有機(jī)物質(zhì)(包括煤、石油和瀝青等在內(nèi))作為原料，經(jīng)過(guò)高溫炭化和活化制得的環(huán)境友好型吸附劑。它含有大量的微孔，具有巨大的比表面積，能有效地去除色度、臭味，可去除一些有機(jī)污染物和某些無(wú)機(jī)物。由于它具有較好的吸附能力，并且安全性高，不溶于水和有機(jī)溶劑，耐熱、耐酸堿、易再生，因此，它被廣泛的應(yīng)用于水處理中。但是當(dāng)前，水污染日益加重，而且污染物數(shù)量和種類(lèi)增多，污染物成分復(fù)雜，用普通的活性炭處理已經(jīng)達(dá)不到要求，所以，必須對(duì)活性炭的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)進(jìn)行改性，增大它的吸附性能，提高用水質(zhì)量和排水質(zhì)量。

活性炭的表面官能團(tuán)一般分為含氧官能團(tuán)和含氮官能團(tuán)，如果在適當(dāng)?shù)臏囟认拢煤线m的氧化劑對(duì)活性炭材料表面進(jìn)行氧化處理，這樣就提高了材料表面含氧官能團(tuán)的含量，增強(qiáng)了材料表面的親水性，同時(shí)可以增強(qiáng)對(duì)極性物質(zhì)的吸附能力，達(dá)到水處理的目標(biāo)。

2.改性活性炭的制備

(1)實(shí)驗(yàn)儀器

馬弗爐、電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱、電子天平、水浴鍋、篩分機(jī)、原子吸收光譜儀、集熱式恒溫加熱磁力攪拌器。

(2)實(shí)驗(yàn)藥品

顆?；钚蕴?、硝酸、去離子水、氫氧化鈉。

(3)實(shí)驗(yàn)步驟

①預(yù)處理

將顆粒活性炭經(jīng)過(guò)篩分機(jī)篩分，篩分出過(guò)200目篩的顆?；钚蕴?，然后用去離子水將其充分清洗，去除活性炭表面雜質(zhì)后，在電熱鼓風(fēng)干燥箱中干燥24h，溫度控制在110℃，之后冷卻，置于棕色瓶?jī)?nèi)干燥保存。

②改性

用電子天平稱(chēng)取15g經(jīng)過(guò)預(yù)處理的活性炭，將其加入到250mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%的硝酸溶液中，在40℃條件下，用集熱式恒溫加熱磁力攪拌器攪拌回流4h。得到的產(chǎn)品用去離子水洗滌多次，然后保持溫度110℃下控溫干燥24h后，最后放入到馬弗爐中在320℃下灼燒2h，即可得到改性活性炭。

3.改型活性炭對(duì)金屬離子的吸附研究

(1)PH的測(cè)定

在25℃溫度下，分別取14份100mL30mg/mL的鉻離子溶液置于250mL錐形瓶中，將溶液分成兩組，分別將pH調(diào)節(jié)為2，3，4，6，8，10，12，然后分別加入原活性炭和改性活性炭。將溶液振搖30min，靜置后離心10min，然后過(guò)濾，收集濾液，用原子吸收光譜儀測(cè)定上濾液中鉻離子的含量。pH是影響金屬離子被吸附效果的一個(gè)重要因素，不同的pH的溶液吸附率是不同的。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，隨著pH的增大，活性炭對(duì)鉻離子的吸附越低，原活性炭的吸附率隨溶液pH的增大而降低至2．68%，改性活性炭的吸附率隨溶液pH的增大而降低至4．71%。pH值很大程度上影響了溶液中吸附質(zhì)和吸附劑結(jié)構(gòu)，從而影響了吸附劑的吸附容量。具體結(jié)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)吸附時(shí)間的測(cè)定

在25℃溫度下，向250mL錐形瓶中加入30mg/mL的鉻離子溶液100mL，調(diào)節(jié)好pH值，分別加入原活性炭和改性活性炭。將溶液振搖30min，靜置后離心10min，然后過(guò)濾，收集濾液，用原子吸收光譜儀測(cè)定上濾液中鉻離子的含量。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，開(kāi)始時(shí)反應(yīng)物的濃度最大，吸附率急劇上升，隨著時(shí)間的增加，活性炭的吸附率緩慢增加，到250min后趨于平緩，改性活性炭的吸附率可達(dá)到67．85%，原活性炭的吸附率只有33．92%。

在活性炭的吸附過(guò)程中，振搖時(shí)間也影響著其對(duì)于金屬離子的吸附，振搖時(shí)間越長(zhǎng)，活性炭與金屬離子有充分的反應(yīng)時(shí)間，只有達(dá)到了吸附平衡時(shí)間，故吸附率更大，活性炭才能最大限度的發(fā)揮吸附效能，本實(shí)驗(yàn)測(cè)得最適宜的振搖時(shí)間為30分鐘。

(3)最佳用量的選擇

在25℃溫度下，向250mL錐形瓶中加入30mg/mL的鉻離子溶液100mL，調(diào)節(jié)好pH值，分別加入不同質(zhì)量（0．1g，0．2g，0．3g，0．4g，0．5g，0．6g）的改性活性炭。將溶液振搖30min，靜置后離心10min，然后過(guò)濾，收集濾液，用原子吸收光譜儀測(cè)定上濾液中鉻離子的含量。由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析得知，隨著投加量的增加，改性活性炭的吸附率急劇上升，之后趨于平穩(wěn)，在投加量為0．3g時(shí)，吸附率達(dá)到94．35%，在投加量為0．4g時(shí)，吸附率可以達(dá)到97．28%，當(dāng)投加量繼續(xù)增加，吸附慢慢達(dá)到飽和，吸附率就隨之下降。因此投加量選擇0．4g。

(4)溫度的測(cè)定

活性炭化學(xué)吸附金屬離子屬于吸熱反應(yīng)，升高溫度，反應(yīng)正向進(jìn)行，溶液中分子運(yùn)動(dòng)劇烈，金屬離子和吸附劑表面接觸更多。同時(shí)活性炭表面官能團(tuán)的化學(xué)吸附速率也隨之增加。當(dāng)溫度處于室溫時(shí)，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。在溫度超過(guò)60℃時(shí)，活性炭對(duì)于金屬離子的吸附率已經(jīng)超過(guò)90%。所以，升高溫度有利于活性炭的吸附。

4.實(shí)驗(yàn)結(jié)論

(1)本實(shí)驗(yàn)利用活性炭作為原料，經(jīng)過(guò)硝酸氧化得到硝酸改性活性炭。此方法比較簡(jiǎn)便，而且實(shí)驗(yàn)過(guò)程中所用試劑較少，合成的改性活性炭穩(wěn)定。

(2)經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)分析

①該改性活性炭對(duì)于不同pH的鉻離子溶液的吸附率也不同，隨著pH的增加，其吸附速率逐漸降低。

②該改性活性炭吸附時(shí)，最佳吸附時(shí)間為240min，最佳振搖時(shí)間為30min。

③最佳投入量為0．4g時(shí)，該改性活性炭的吸附速率較適宜。

④升高溫度有利于活性炭吸附金屬離子，溫度一般為60℃以上。

[1]楊國(guó)華,黃統(tǒng)琳,姚忠亮,劉明華．吸附劑的應(yīng)用研究現(xiàn)狀和進(jìn)展[J]．化學(xué)工程與裝備,2009,(06):84-88+83．

[2]郭慧,郭兆學(xué)．活性炭處理工業(yè)廢水的應(yīng)用[J]．科技信息(科學(xué)教研),2008,(14):376+361．

[3]梁霞,王學(xué)江．活性炭改性方法及其在水處理中的應(yīng)用[J]．水處理技術(shù),2011,(08):1-6．

[4]王丁明,曹?chē)?guó)憑,賈云飛,劉鵬程．活性炭吸附技術(shù)在水處理中的應(yīng)用[J]．北方環(huán)境,2011,(11):190-191．

(責(zé)任編輯：李鵬波)

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

康玉瑩（1995～)，女，西北民族大學(xué)化工學(xué)院；研究方向：化學(xué)工程與工藝。