活性炭吸附试验

实验五 活性炭吸附实验 一 实验目的 本实验采用活性炭间歇和连续吸附的方法通过本实验确定活性炭对水中所含某些杂质 的吸附能力。希望达到下述目的：(1)加深理解吸附的基本原理；(2)掌握活性炭吸附公式中 常数的确定方法． 二 实验原理 活性炭处理 工艺 钢结构制作工艺流程车尿素生产工艺流程自动玻璃钢生产工艺2工艺纪律检查制度q345焊接工艺规程 是运用吸附的方法来去除异味、某些离子以及难以进行生物降解的有 机污染物。在吸附过程中，活性炭比表面积起着主要作用。同时，被吸附物质在溶剂中的溶 解度也直接影响吸附的速度。此外，pH 的高低、温度的变化和被吸附物质的分散程度也对 吸附速度有一定影响。 活性炭对水中所含杂质的吸附既有物理吸附现象，也有化学吸着作用。有一些被吸附 物质先在活性炭表面上积聚浓缩，继而进入固体晶格原子或分子之间被吸附，还有一些特殊 物质则与活性炭分子结合而被吸着。 当活性炭对水中所含杂质吸附时，水中的溶解性杂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。当吸附和解吸处于动态平衡状态时，称为吸附平衡。这时活性炭和水(即固相和液相)之 间的溶质浓度，具有一定的分布比值。如果在一定压力和温度条件下，用 m 克活性炭吸附 溶液中的溶质，被吸附的溶质为 x毫克，则单位重量的活性炭吸附溶质的数量 eq ，即吸附 容量可按下式计算 m xqe = (1) eq 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，当被吸附的物质能够与活性炭发生结合反应、被吸附物质又不容易 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和作用力强、被吸附物质的浓度 又较大时， eq 值就比较大。 描述吸附容量 eq 与吸附平衡时溶液浓度 C的关系有 Langmuir、BET和 Fruendlieh吸附 等温式。 在水和污水处理中通常用 Fruendlich 表达式来比较不同温度和不同溶液浓度时的活性 炭的吸附容量，即 ne KCq 1 = (2) 式中： eq ——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 CCqe lg 1lg)(lglg 0 +=−= (3) 式中：C0——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)。 连续流活性炭的吸附过程同间歇性吸附有所不同，这主要是因为前者被吸附的杂质来 不及达到平衡浓度 C，因此不能直接应用上述公式。这时应对吸附柱进行被吸附杂质泄漏和 活性炭耗竭过程实验，也可简单地采用 Bohart-Adams关系式 ⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡ ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ −−= 1ln 0 00 0 BC C KN vD vC NT (4) 式中：T——工作时间(h)； v一—吸附柱中流速(m／h)； D一一活性炭层厚度(m)； K—一流速常数(m3／s·h)； N0——吸附容量(g／m3)； C0一—入流溶质浓度(mg/L)； CB——容许出流溶质浓度(mg/L)。 根据入流，出流溶质浓度，可用式(5)估算活性炭柱吸附层的临界厚度，即保持出流溶 质浓度不超过 CB的炭层理论厚度。 ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ −= 1ln 0 0 0 BC C KN vD (5) 式中 D0为临界厚度，其余符号同上面。 在实验时如果原水样溶质浓度为 C01，用三个活性炭柱串联，则第一个活性炭柱的出流 浓度 CB1，即为第二个活性炭柱的入流浓度 C02，第二个活性炭柱的出流浓度 CB2即为第三 个活性炭柱的入流浓度 C03。由各炭柱不同的入流、出流浓度 C0，CB便可求出流速常数 K 值。 三 实验装置与设备 (一)实验装置 本实验间歇性吸附采用三角烧杯内装入活性炭和水样进行振荡方法，连续流式采用有 机玻璃柱内装活性炭、水流自上而下连续进出方法，图(1)是连续流吸附实验装置示意图。 (二)实验设备及仪器仪表 (一)实验装置 本实验间歇性吸附采用三角烧杯内装入活性炭和水样进行振荡方法，连续流式采用有 机玻璃柱内装活性炭、水流自上而下连续进出方法．图(1)是连续流吸附实验装置示意图。 图 17—l 活性煤连续流吸附实验装置示意图 1． 有机玻璃管 2．活性炭层 3．承托 4．单孔橡胶塞 (二)实验设备及仪器仪表 1．振荡器 THZ—82型 1台 2．pH计 pHS型 1台 3．活性炭柱 d25×1000mm有机玻璃管 3根 4．活性炭 上海 15号 2kg 5．水样调配箱 硬塑料焊制 长×宽×高 0.5×0.5×0.6m3 1个 6．恒位箱 硬塑料焊制 长×宽×高 0.3×0.3×0.4m 1个 7．测 COD仪器 1套 8．温度计 刻度 0～100℃ 1支 9．水泵 CHB3 1台 四 实验步骤 (一) 画出标准曲线 1 配置 10mg/L的亚甲兰溶液。 2 用分光光度计得出吸收与波长的关系。 3 确定产生最大吸收时的波长(给出最大吸收波长 660nm)。 4 将 1 准备的亚甲兰稀释，取 0ml、2ml、6ml、10ml、14ml、18ml、22ml 的 10mg/L 亚甲兰，用比色管定容到 25ml，用分光光度计从 3所得波长测得吸光度。 5 画出吸收量与亚甲兰浓度（克分子/升）的关系曲线，即标准曲线。 (二) 吸附等温线间歇式吸附实验步骤 1 将活性炭粉末，用蒸馏水洗去细粉，并在 105℃温度下烘至恒重。 2 在三角玻璃瓶中，装入以下重量的已准备好的活性炭粉末：0、10、20、40、60、80、 100、120毫克。 3 准备浓度为 100mg/L的亚甲兰溶液一升。 4 在三角烧瓶各注入 100毫升 100mg/L的亚甲兰溶液。 5 将锥性瓶置于恒温振荡器上震动 1小时，然后用静沉法或滤纸过滤法移除活性炭。 6 测定每个瓶中溶液的吸收量，并用标准图交换为浓度单位。 7 计算每个瓶中转移到活性炭表面上的亚甲兰的量，以克分子（活性炭）表示。 (三) 连续流吸附实验步骤 1 在管中装入活性炭，活性炭必须用蒸馏水彻底浸透，以防止在实验中截留空气； 2 用自来水配制 0.0004M的亚甲兰投配溶液； 3 调整通过吸入的流量至 25毫升/分钟/厘米； 4 将调好流量的投配溶液与吸附管接通，开始由 0开始 记录 混凝土 养护记录下载土方回填监理旁站记录免费下载集备记录下载集备记录下载集备记录下载 时间； 5 开始投配 1 小时后，取样并测定亚甲兰的浓度，此后每日起码取样并测定五次，直 至整个管子穿透。 五 实验结果分析 1 吸附等温线 1）根据测定数据绘制吸附等温线 2）确定常数 K、n 3)讨论实验数据与吸附等温线的关系。 2 连续流系统 1）绘制穿透曲线 2）计算亚甲兰在不同时间内转移到活性炭表面的量。计算法可以采用图解面积分法（矩 形法或梯形法），求得吸附管进水或出水曲线与时间的面积； 3）画出去除量与时间的关系线。 六 实验结果讨论 1 活性碳投加量对于吸附平衡浓度的测定有什么影响，该如何控制？ 2 实验结果受哪些因素影响较大，该如何控制？