活性炭吸附性能的研究

鄭州大學 化工與能源學院 惠霂霖 王 曉

活性炭吸附性能的研究

鄭州大學 化工與能源學院 惠霂霖 王 曉

活性炭是黑色粉末狀或顆粒狀的無定形碳，其主要成分除了碳以外，還有氧、氫等元素。活性炭是一種非常優良的吸附劑，他是利用木炭、各種果殼和優質煤等作為原料，通過物理和化學方法加工制造而成。20世紀70年代以來，作為處理公害的一種手段，活性炭在凈化廢水方面的用量急劇增加。同時，活性炭用途的開發研究工作也取得了進展，先后開發出活性炭的各種新用途，如從空氣中分離出氮。近年來，隨著活性炭應用技術的不斷發展，還先后出現了活性炭纖維、活性炭薄膜及生物活性炭等。其中，活性炭纖維具有含碳量高，孔徑分布窄、微孔發達、容易與吸附質接觸等特性。由于活性炭纖維的微孔發達，吸附質幾乎可以只通過微孔就能到達吸附位置，這樣活性炭纖維吸附的動力學過程幾乎不包括顆粒狀，吸附過程中通常為速度控制步驟的孔徑擴散過程，所以吸附的速度較快。因此，活性炭纖維廣泛用于溶劑的回收、空氣的凈化、水中的脫氮、飲用水處理以及空氣過濾等。

水中的還原性物質有各種有機物、亞硝酸鹽、硫化物、亞鐵鹽等，但主要的是有機物。因此，化學需氧量（COD）又往往作為衡量水中有機物質含量多少的指標。化學需氧量越大，說明水體受有機物的污染越嚴重。本文，筆者就活性炭在處理有機廢水方面進行了研究。通過不同活性炭用量對COD去除率的影響，來研究最佳的活性炭用量；通過活性炭對COD去除率隨時間的變化關系，來確定最佳的吸附時間；并在單位活性炭吸附有機物的飽和程度與吸附時間的關系方面作了深入研究。

一、實驗材料與方法

1. 活性炭吸附裝置與吸附柱裝置。活性炭吸附裝置見圖1，吸附柱裝置如圖1所示。

2. 實驗方法。錐形瓶中依次投入不同量的活性炭，取1～9號錐形瓶盛100 m l原水，10號盛100 m l蒸餾水，分別稱取活性炭0.5 g，1 g，3 g，4 g，5 g，6 g，7 g，8 g，10 g對應置于1～9號錐形瓶中，放入已預熱的振蕩器中，恒溫震蕩1 h后，取樣測量COD。

3. 實驗用水。實驗用水采用人工配置的葡萄糖水溶液，其他雜質含量低，COD為270 mg/L。

4. 分析測試。本次實驗是為了研究在雜質較少的情況下，活性炭對凈COD的吸附效果。因此采用了人工配水，COD的測量方法為重鉻酸鉀滴定法。

二、實驗結果及討論

1. 活性炭量對COD去除率的影響。通過投加不同活性炭的量，對同一廢水同時吸附1 h。實驗結果如圖3所示。

由圖3可知，COD的去除率隨活性炭投加量的增加而增加，最后基本持平，且不再增長，此時活性炭的吸附量達到最大，繼續投加亦無效。由此曲線看出，活性炭投加量為5 g時，曲線的變化率最大，則100 m l該水樣中，投加5 g活性炭，去除效率最高，經濟利益最大。同時，還要保證活性炭與水樣的接觸時間不得低于30 m in。

2. 活性炭對COD的去除率隨時間的變化關系。取原水1 000 m l，投加活性炭50 g，恒溫攪拌。攪拌的同時開始計時，分別在1 m in，5 min，10 m in，20 m in，30 m in，40 m in，50 min，60 min，70 min時間點處取20 m l澄清水樣進行COD的測定。測定結果如圖4所示。

由圖4可知，30 m in以前，COD去除率顯著增大；30 m in以后，去除率增長緩慢。所以，活性炭投加量為50 g/L時，吸附時間以30 min最佳。

三、結論

如果活性炭用量投加過多，雖然吸附效果很好，但勢必會造成大量的浪費；如果投加過少，則會出現吸附很快飽和的現象，處理效果不明顯。因此，必須根據待處理的水量適當投加合適的活性炭的量，來確保活性炭的最大化利用，而不造成浪費。另外，活性炭處理污水時，必須注意吸附時間。只有確定了合適的吸附時間，才能保證充分的吸附作用，才能實現活性炭最佳的吸附性能。

實驗證明，單純的活性炭吸附去除COD，效果雖然很好，但勢必造成大量的浪費。因此，可以考慮在凈水處理中，活性炭吸附與絮凝沉淀同時使用，不僅可以更好的去除COD的效果，同時又避免了活性炭的浪費，是一種經濟實用的方法。