吸附重金屬離子活性炭再生工藝分析

付國(guó)勝

（大同煤業(yè)金鼎活性炭有限公司,山西 大同 037001）

引 言

為了進(jìn)一步提升對(duì)重金屬離子的吸附性能,選用改性劑對(duì)活性炭進(jìn)行改性,從而更好地提升重金屬離子的吸附效果,并降在一定程度上降低污染［1］。活性炭極強(qiáng)的吸附功能,可以更好地將重金屬離子中的有毒有害物質(zhì)等進(jìn)行吸附清除,并發(fā)揮出吸附重金屬離子活性炭再生工藝的最大作用。

1 吸附重金屬離子活性炭再生實(shí)驗(yàn)

1.1 儀器的選用

本實(shí)驗(yàn)選用PHS－25型號(hào)的PH計(jì),SHA－B型號(hào)的恒溫水浴振蕩器、T5紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)、AB204＿E型號(hào)的電子天平以及101－1A型號(hào)的電熱鼓風(fēng)干燥箱和循環(huán)水真空泵。試劑分別選用了硝酸（HNO3）、氫氧化鈉（NaOH）、硫酸（H2SO4）、磷酸（H3PO4）、六 次 甲 基 四 胺 （C6H12N4）、抗 壞 血 酸（C6H8O6）、聚乙烯醇（C2H4O）等市場(chǎng)上較為常見(jiàn)的分析純?cè)噭┯脕?lái)進(jìn)行吸附重金屬離子活性炭再生實(shí)驗(yàn)。

1.2 吸附實(shí)驗(yàn)工序

在進(jìn)行儀器以及試劑的選取完畢后,便要進(jìn)行相關(guān)的吸附實(shí)驗(yàn),該實(shí)驗(yàn)選取了50mL質(zhì)量濃度為1 000mg/L的Cr、Pb、Cd溶液,經(jīng)專業(yè)調(diào)試儀器在進(jìn)行調(diào)試后得出上述三種的溶液PH值分別為3、6、6,在得出實(shí)際的PH值后,相關(guān)的實(shí)驗(yàn)人員分別對(duì)此加入了2.0、1.2、2.0克的活性炭,并放入恒溫水浴震蕩期中,并將溫度合理的控制在30℃左右,以200r/min的速度進(jìn)行轉(zhuǎn)速震蕩,震蕩的時(shí)間為兩天左右,在進(jìn)行震蕩后,將其進(jìn)行過(guò)濾,并測(cè)得過(guò)濾后的吸附量對(duì) Cr、Pb、Cd的值分別為22.558mg/g、35.655mg/g、11.22mg/g［2］。

1.3 再生實(shí)驗(yàn)工序

再生實(shí)驗(yàn)主要采用濃度為5%的硝酸（HNO3）對(duì)活性炭進(jìn)行再生處理,并保證活性炭質(zhì)量與硝酸體積為1∶30左右,并將再生溫度取值分別為20℃～50℃,對(duì)于再生時(shí)間選取為1h、2h、4h、8h以及24h,對(duì)于再生次數(shù)的選取為1次～5次,在對(duì)上述數(shù)據(jù)進(jìn)行合理選取后,便要對(duì)其進(jìn)行活性炭質(zhì)量耗損率以及實(shí)際恢復(fù)率的計(jì)算。

1.4 活性炭再生表示

1）耗損活性炭質(zhì)量占原有活性炭耗損程度越高,說(shuō)明活性炭質(zhì)量損失越嚴(yán)重。2）在進(jìn)行再生處理后的活性炭吸附能力與再生前吸附能力相比,性能恢復(fù)率越高說(shuō)明活性炭吸附能力越強(qiáng)。

2 吸附重金屬離子活性炭再生實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

2.1 再生溫度對(duì)活性炭吸附的影響

采用濃度為5%的硝酸（HNO3）對(duì)活性炭進(jìn)行再生處理,并保證活性炭質(zhì)量與硝酸體積為1∶30左右,并將再生溫度取值分別為20℃～50℃,將再生時(shí)間控制在8h以下,再生溫度對(duì)活性炭的實(shí)際耗損率以及恢復(fù)率如第19頁(yè)圖1、圖2所示。

圖1 再生溫度對(duì)活性炭質(zhì)量耗損率的實(shí)際影響

圖2 再生溫度對(duì)活性炭性能恢復(fù)率的影響

由上述圖可知,活性炭質(zhì)量的損耗率與再生溫度呈正比,再生過(guò)程質(zhì)量被損耗的其中一部分是因?yàn)榛钚蕴克降奈镔|(zhì)出現(xiàn)脫附現(xiàn)象,另一方面主要是因?yàn)樗嵝匀芤涸谝欢囟认聲?huì)致使活性炭孔結(jié)構(gòu)發(fā)生了一定的氧化過(guò)程,從而導(dǎo)致再生過(guò)程中的質(zhì)量損耗的情況發(fā)生。若一再提高溫度,只會(huì)加速吸附物質(zhì)的脫附,從而致使活性炭孔結(jié)構(gòu)的燒毀程度加深,在一定程度上影響活性炭質(zhì)量損耗率［4］。與此同時(shí),通過(guò)圖2可以得知活性炭性能的恢復(fù)率隨再生溫度的升高而逐漸增加,說(shuō)明活性炭性能的恢復(fù)率與再生溫度成正比,由于吸附在活性炭上的Cr、Pb、Cd會(huì)受到較高的溫度而提升恢復(fù)率,硝酸（HNO3）的再生也屬于化學(xué)再生機(jī)理,并主要體現(xiàn)在溫度越高越有利于活性炭所吸附的Cr、Pb、Cd與硝酸（HNO3）進(jìn)行一定的化學(xué)反應(yīng)結(jié)合,在一定程度上提升了活性炭吸附性能。

2.2 再生時(shí)間對(duì)活性炭吸附的影響

采用濃度為5%的硝酸（HNO3）對(duì)活性炭進(jìn)行再生處理,并保證活性炭質(zhì)量與硝酸體積為1∶30左右,并將再生溫度取值分別為20℃～50℃。再生時(shí)間選取為1h、2h、4h、8h以及24h,再生溫度對(duì)活性炭的實(shí)際耗損率以及恢復(fù)率如圖3,圖4所示。

圖3 再生時(shí)間對(duì)活性炭質(zhì)量損耗率的實(shí)際影響

圖4 再生時(shí)間對(duì)活性炭性能恢復(fù)率的實(shí)際影響

由上述圖可知,活性炭質(zhì)量的損耗率與再生溫度呈正比,再生過(guò)程質(zhì)量被損耗的其中一部分是因?yàn)榛钚蕴克降奈镔|(zhì)出現(xiàn)脫附現(xiàn)象,另一方面主要是因?yàn)樗嵝匀芤涸谝欢囟认聲?huì)致使活性炭孔結(jié)構(gòu)發(fā)生了一定的氧化過(guò)程,從而導(dǎo)致再生過(guò)程中的質(zhì)量損耗的情況發(fā)生［5］。因此,再生時(shí)間與活性炭燒蝕的時(shí)間成正比。由圖4可知,活性炭恢復(fù)率隨著再生時(shí)間的延長(zhǎng)而增加,其主要原因是再生時(shí)間越長(zhǎng),活性炭所吸附的Cr、Pb、Cd會(huì)脫附的越徹底,其性能恢復(fù)得也會(huì)越好。與此同時(shí),當(dāng)4h狀態(tài)下的活性炭性能恢復(fù)率隨著再生時(shí)間的增長(zhǎng)而逐漸呈緩慢的上漲狀態(tài),當(dāng)再生時(shí)間為8h左右時(shí),活性炭吸附的物質(zhì)便已經(jīng)處于完全脫附狀態(tài)［4］。

2.3 再生次數(shù)對(duì)活性炭吸附的影響

通過(guò)對(duì)再生次數(shù)對(duì)活性炭吸附的影響也是采用濃度為5%的硝酸（HNO3）對(duì)活性炭進(jìn)行再生處理,并保證活性炭質(zhì)量與硝酸體積為1∶30左右,并將再生溫度取值分別為20℃～50℃,對(duì)于再生時(shí)間選取為1h、2h、4h、8h以及24h,再生次數(shù)選用1次～5次不等,再生次數(shù)對(duì)活性炭的實(shí)際耗損率以及恢復(fù)率如圖5、第20頁(yè)圖6所示。

圖5 再生次數(shù)對(duì)活性炭性能損耗率的實(shí)際影響

通過(guò)上述折線圖可以得知,活性炭質(zhì)量的損耗率與再生次數(shù)成正比,當(dāng)硝酸再生后,活性炭需要依靠去離子水將其洗至PH值為6.68左右,在具體洗滌的過(guò)程中很容易造成活性炭的質(zhì)量損耗,硝酸溶液在經(jīng)過(guò)再生次數(shù)后,活性炭性能更會(huì)在一定程度上遭到破壞。除此之外,活性炭性能的恢復(fù)率也會(huì)隨著硝酸的再生次數(shù)的增加而逐漸處于降低的趨勢(shì),主要是因?yàn)樵偕幕钚蕴棵摳讲煌耆?燒蝕也會(huì)較以往有一定程度上的增加,但是在第5次以后的活性炭仍具有較強(qiáng)的吸附能力［5］。

圖6 再生次數(shù)對(duì)活性炭性能恢復(fù)率的實(shí)際影響

3 結(jié)論

經(jīng)過(guò)上述的實(shí)驗(yàn)可知,硝酸再生吸附重金屬活性炭效果最為明顯,再生結(jié)果表明,隨著再生的溫度升高,活性炭質(zhì)量損耗率也與再生的溫度成正比。通過(guò)相關(guān)實(shí)驗(yàn)人員對(duì)吸附重金屬離子活性炭再生工藝進(jìn)行分析研究后得出上述的觀點(diǎn),希望可以為我國(guó)環(huán)保行業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展提供更為有利的幫助。

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