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实验6 活性炭吸附实验

1.实验目的

了解活性炭吸附工艺,掌握测定吸附等温线的操作过程。 2.实验原理

活性炭吸附就是利用活性炭固体表面对水中一种或几种物质的吸附作用,达到净化水质的目的。活性炭对水中所含杂质的吸附既有物理吸附也有化学吸附。

当活性炭对水中所含物质吸附时,水中的溶解性物质在活性炭表面积聚而被吸附,同时也有一些被吸附物质由于分子的运动而离开活性炭表面,重新进入水中,即同时发生解吸现象。当吸附与解吸处于动态平衡状态时,称为吸附平衡。而此时被吸附物质在溶液中的浓度称为平衡浓度C 。活性炭的吸附能力以吸附量e q 表示,用m 克活性炭吸附溶液中的溶质,被吸附的溶质为x 毫克,则吸附量e q 可按下式计算:

0()e e C C V

x q m m

(1)

式中,q e 为平衡吸附量(mg/g);C 0与C e 分别为吸附质的初始浓度与平衡浓度(mg/L);V 为溶液的体积(L);m 为所用的活性炭的质量(g)。

e q 的大小除了决定于活性炭的品种之外,还与被吸附物质的性质、浓度、水的温度及pH

值有关。一般说来,当被吸附的物质不容易溶解于水而受到水的排斥作用,且活性炭对被吸附物质的亲与作用力强、被吸附物质的浓度又较大时,e q 值就比较大。

由吸附量e q 与平衡浓度C 的关系所绘出的曲线称为吸附等温线,表示吸附等温线的公式称为吸附等温式,比较常用的吸附等温式有有Langmuir 、BET 与Fruendlich 吸附等温式。

在水与废水处理中通常用Fruendlich 吸附等温式来比较不同温度与不同溶液浓度时的活性炭的吸附容量,即

e KC q 1

= (2) 式中:e q ——吸附容量(mg/g);

K ——与吸附比表面积、温度有关的系数; n ——与温度有关的常数,n >1; C ——吸附平衡时的溶液浓度(mg/L)。

这就是一个经验公式,通常用图解方法求出K ,n 的值.为了方便易解,往往将式(2)变换成线性对数关系式

C n

K m C C q e lg 1

lg lg

lg 0+=-= (3) 式中:C 0——水中被吸附物质原始浓度(mg/L); C ——被吸附物质的平衡浓度(mg/L); m ——活性炭投加量(g/L)。 3.实验设备与试剂

(1)间歇式活性炭吸附装置,间歇式吸附采用三角烧瓶,在烧瓶内放入活性炭与水样进行振荡。 (2)振荡箱 (3)天平 (4)烘箱 (5)分光光度计

(6)注射器、塑料滤头、滤膜等 (7)活性炭 4.实验方法 (1)标准曲线的绘制

向一系列50mL 比色管中分别加入0、0、2、0、4、0、6、0、8、1、0mL 的250mg/L 亚甲基蓝标准溶液,用蒸馏水稀释至刻度,摇匀后在660nm 波长处,以蒸馏水为参比测定吸光度。以亚甲基蓝浓度为横坐标,吸光度为纵坐标,绘制亚甲基蓝标准曲线。 (2)间歇式吸附实验

将活性炭放在蒸馏水中浸泡24h,然后在105℃烘箱内烘24h,再将烘干的活性炭研碎,使其能通过200目以下筛孔的粉状活性炭。因为粒状活性炭要达到吸附平衡耗时太久,为了使实验能在短时间内结束,所以多用粉状炭。

在6个锥形瓶中分别加入0、01~0、15g(如,0、01、0、03、0、05、0、07、0、1、0、15g)不同量粉状活性炭。

●在每个锥形瓶中加入50ml 的亚甲基蓝模拟废水。

?将上述6个锥形瓶放在振荡箱内振荡,温度控制在20℃,振荡速度约100~150r/min,振荡40min 后取出锥形瓶(近似认为达到吸附平衡)。

?过滤锥形瓶中的废水,测定其浓度,求出吸附量。实验记录表见表3-6-1。

表3-6-1 间歇式活性炭吸附实验记录表

5.实验结果整理

q为纵坐标做吸附等温线。

(1)根据表记录的数据,根据公式(1)计算吸附量。以C为横坐标,

q为纵坐标,lg C为横坐标,求出Fruendlich公式中的常数K、n值。(2)根据公式(3),以lg

6.思考题

(1)为什么要将活性炭磨细？其吸附能力及吸附速度与原状活性炭相同不？

(2)吸附等温线有何实际意义？