活性炭纖維對鈀的吸附性能研究

李凌凱， 劉海清

（1.山東省牟平第一中學， 山東 牟平 264100； 2. 山東省招遠環境保護局， 山東 招遠 265400）

活性炭纖維對鈀的吸附性能研究

李凌凱1， 劉海清2

（1.山東省牟平第一中學， 山東 牟平 264100； 2. 山東省招遠環境保護局， 山東 招遠 265400）

活性炭纖維是一種新型高效吸附材料，具有比表面積大，微孔發達，孔徑分布窄，吸附速度快，吸附能力強等特點。通過活性炭纖維對鈀溶液的吸附實驗，探討了靜態條件以及動態條件下，溶液的初始濃度，系統的溫度，活性炭纖維的質量，吸附時間，不同流速等條件對活性炭纖維吸附性能的影響。研究表明：活性炭纖維對鈀有較強的吸附性能，最高吸附率可達98%以上，溶液的最佳初始濃度為2 μg/mL，體系的最佳溫度為298 K，活性炭纖維的質量為0.08 g，最佳吸附時間為70 min，最佳流速為2.5 mL/min。

活性炭纖維； 鈀(Ⅱ)溶液； 偶氮胂； 吸附

活性炭纖維（Activated Carbon Fiber, ACF）是在20世紀70年代得到開發，它是繼粉末狀，顆粒狀活性炭之后發展起來的一種新型高效活性吸附材料和環保工程材料[1]。ACF的空隙結構與傳統活性炭不同，一般不具有粗孔和過渡孔而僅包含微孔，而且微孔孔徑很窄，常具有分子篩的性質。活性炭纖維作為新型高效吸附劑，具有吸附容量大，吸附和脫附速率快等優點，決定了它對有機化合物蒸汽的吸附容量較大，對無機氣體和水溶液中的無機物，染料，苯酚等有機化合物及貴重金屬都有很好的吸附性能。

經過大量的研究，活性炭纖維的吸附性能可以進一步改善，對微生物及細菌有良好的吸附性能，對低濃度的吸附質吸附性能特別優良。活性炭纖維的吸附速度快，對氣體的吸附一般能在數十分鐘或幾分鐘內達到吸附平衡，對液體的吸附冶金需要幾十分鐘就能達到平衡，例如活性炭吸附碘時只需幾十分鐘便可達到平衡，解吸速度也快，在一定溫度和時間內，活性炭纖維可完全解吸。它對金離子、銀離子、鈀離子等貴金屬離子具有較好的吸附性能，可用于稀有貴金屬的吸附回收[2-5]。

本實驗就是利用活性炭纖維的這一特性，通過它對鈀離子的靜態既動態吸附實驗，探討利用活性炭纖維吸附鈀的可行性。

1 實驗部分

1.1 試劑及儀器

鈀粉、鹽酸、偶氮胂 I、硫酸、鹽酸均為分析純試劑，活性炭纖維為南通森友公司生產的工業品。所用儀器為英國Unic公司的7200型分光光度計，上海滬西分析儀器廠生產的BT-100橫流泵，重慶四達儀器廠生產的CS501-SP超級數頻恒溫器。

1.2 吸附實驗

1.2.1 鈀(Ⅱ)溶液的制備

溶解0.200 g鈀粉于20 mL王水中，蒸發近干，加6.0 mL濃HCl，蒸發至體積的一半，用水稀釋至100 mL,制得2.0 mg /mL的鈀標準溶液。

1.2.2 鈀（Ⅱ）標準曲線的繪制

分別配制不同濃度的鈀溶液，加入0.6 mL偶氮胂Ⅰ溶液，再加入2 mL濃度為1 mL/L的H2SO4溶液，在沸水浴中加熱4 min，再分別測定溶液的吸光度用分光光度計在588 nm處以蒸餾水為試劑空白測定各溶液的吸光度，進行線性回歸得標準曲線方程：A= 0.020 5C+0.179 9，r2= 0.988 3。

1.2.3 吸附影響因素實驗

吸附實驗分別在靜態和動態下進行考察各種因素對吸附性能的影響。

2 結果與討論

2.1 靜態吸附實驗影響因素

2.1.1 不同溶液濃度對吸附的影響

從圖 1中可以看到，隨著鈀(Ⅱ)溶液濃度的升高，活性炭纖維的吸附量也逐漸升高，最后達到平衡，吸附量不再增加。這說明在一定范圍內溶液濃度增大，活性炭纖維的吸附量隨之增大，而當濃度較高時，鈀(Ⅱ)在活性炭纖維微孔的孔徑內不能形成比較規則的堆積，故吸附量不再增加。

圖1 不同濃度對靜態吸附的影響Fig. 1 Influence of different concentration on static state adsorption

2.1.2 不同活性炭纖維質量對吸附的影響

從圖 2中可以看出，不同活性炭纖維對相同濃度的鈀(Ⅱ)溶液具有不同的吸附量，吸附百分數隨活性炭纖維的質量為0.07 g時，對初始濃度為4 μg/mL的鈀(Ⅱ)溶液的吸附百分數為75.16%，而當活性炭纖維的質量為0.08 g時，對相同初始濃度溶液的吸附量為98.57%。這說明活性炭纖維的吸附能力非常強。

圖2 不同質量活性炭纖維對靜態吸附的影響Fig. 2 Influence of different ACF mass on static state adsorption

2.1.3 不同時間對吸附的影響

從圖3可以看出，隨著時間的增加，活性炭纖維對鈀(Ⅱ)溶液的吸附百分數呈現出規律性變化，時間增加，吸附百分數升高。當吸附35 min后，吸附百分數變化很小，因為此時活性炭纖維的吸附達到飽和，吸附趨向平衡，吸附量不再增加。

圖3 不同振蕩時間對靜態吸附的影響Fig. 3 Influence of different time on still state adsorption

2.1.4 溫度對吸附性能的影響

從圖 4中可以看出，活性炭纖維對鈀(Ⅱ)溶液的吸附率隨溫度的升高而有所增加，這是由于溫度的升高，鈀(Ⅱ)溶液向吸附劑孔徑內部擴散的速率加快，擴散也更加完全。

2.2 動態吸附實驗影響因素

2.2.1 不同流速對吸附的影響

從圖 5可以看出，活性炭纖維對鈀(Ⅱ)溶液的吸附率隨流速的增加而有所降低，這可能是因為流速過大，一部分鈀(Ⅱ)還來不及被活性炭纖維吸附而流出，當流速較低時，吸附情況較好，但是流速過小會延長操作周期，所以選擇2.5 mL/min的流速最為合適。

圖4 不同溫度對靜態吸附的影響Fig. 4 Influence of temperature on static state adsorption

圖5 不同流速對動態吸附的影響Fig. 5 Influence of flow rate on dynamic state adsorption

2.2.2 不同濃度對吸附的影響

從圖6可以看出，在所選濃度范圍內，濃度升高，活性炭纖維的吸附量降低，可能是由于濃度提高，與鈀(Ⅱ)競爭吸附的雜質也隨之提高，影響了鈀(Ⅱ)對在活性炭纖維內部的吸附。

因此，在動態吸附中，濃度過高不利于吸附。所以選擇濃度為2 μg/mL的鈀(Ⅱ)溶液最為合適。

2.2.3 不同溫度對吸附的影響

從圖7可以看出，隨著溫度的升高，活性炭纖維對鈀(Ⅱ)溶液的吸附量增加，這是因為隨著溫度的升高，活性炭纖維對鈀(Ⅱ)溶液的吸附性能變得更強。但溫度過高使得吸附所用時間變長。所以選擇吸附溫度為298 K最為合適。

3 結 論

（1）活性炭纖維是一種良好的吸附劑，對鈀(Ⅱ)溶液的吸附率可達 98%以上。

圖6 不同濃度對動態吸附的影響Fig.6 Influence of concentration on dynamic state adsorption

圖7 不同溫度對動態吸附的影響Fig.7 Influence of temperature on dynamic state adsorption

（2）靜態吸附實驗中的較佳條件是：吸附溫度為298 K，吸附時間為70 min。

（3）動態吸附實驗中的最佳條件是：流速為2.5 mL/min，選用濃度為2 μg/mL，吸附溫度為298 K。

[1] 黃伯芬. 活性炭纖維(ACF)及其應用[J]. 化工時刊, 2003, 17(11): 16-18.

[2] 馬海燕, 倪吾鐘. 活性炭纖維的性能及其在環境衛生中的應用[J]. 廣東微量元素科學, 2003, 10(4): 26-30.

[3] 王強, 黃文杰, 符若文. 吸附條件對活性炭纖維氧化還原鈀的影響[J].材料研究學報, 1998, 12(1): 87-90.

[4] 曾容, 岳中仁, 曾漢民.活性炭纖維對貴金屬的吸附[J]. 材料研究學報, 1998, 12(2): 203-206.

[5] 曾容, 岳中仁, 曾漢民. 活性炭纖維表面結構及其吸附銀機理研究[J].合成纖維工業, 1998, 21(4): 1-4.

Study on Adsorption Properties of Activated Carbon fiber for Palladium (Ⅱ)

LI Ling-kai1，LIU Hai-qing2
(1. Muping No. 1 Middle School, Shandong Muping 264100，China；2. Zhaoyuan Environmental Protection Bureau, Shandong Zhaoyuan 265400，China）

Activated carbon fiber (ACF) is a new high effective adsorbent. It has characteristics of large specific surface area and good capability of adsorption. In this paper, it was used to absorb palladium (Ⅱ). In static state and in dynamic state, effect of original concentration of palladium(Ⅱ), temperature of the system, mass of activated carbon fiber, time of adsorption, flow rate, etc. on adsorbent performance of the activated carbon fiber was discussed. The results show that the activated carbon fiber has good capability of adsorption for palladium (Ⅱ), its rate of adsorption can reach 98% under optimal operation conditions. The best original concentration of palladium (Ⅱ) is 2 μg/mL, the best temperature of the system is 298 K, the best mass of activated carbon fiber is 0.08 g, the best time of adsorption is 70 min and the best flow rate is 2.5 mL/min.

Activated carbon fiber；Palladium (Ⅱ)；Arsenazo；Adsorption

TQ 314

A

1671-0460（2011）03-0245-03

2010-12-04

李凌凱（1970-），女，中學一級教師，山東牟平人，1992年畢業于山東師范大學化學專業。E-mail：lilingkai1970@163.com，電話：0535-4250986。