活性炭對水體中亞甲基藍的吸附性能研究

王仲帥（廣東嘉應學院）

活性炭對水體中亞甲基藍的吸附性能研究

王仲帥
（廣東嘉應學院）

以活性炭為吸附劑，從靜態吸附試驗與固定床吸附試驗兩方面研究了活性炭對亞甲基藍的吸附行為。

活性炭；亞甲基藍；吸附；去除率

1 前言

在靜態吸附實驗中，探討了pH值、溫度、初始濃度、振蕩強度和活性炭用量等因素對吸附的影響。結果表明，亞甲基藍的去除率隨著活性炭用量和PH值升高而增加；初始濃度的增大會使亞甲基藍去除率降低；轉速過低不利于亞甲基藍分子充分與活性炭接觸，去除率較低，最佳轉速為170r/min；最佳溫度為30℃，,但從實際出發，應選擇室溫（22℃），用適量增加活性炭用量的方法達到所需去除效果；吸附等溫線均符合Langmuir和Ferundlich[1]吸附方程，運用Langmuir吸附等溫線方程模擬了顆粒活性炭對染料的吸附，得到了較好的效果。在pH=5.3，T=600mg/l，m=0.1001g，c=600mg/l時，亞甲基藍的去除率達到74.8%。

亞甲基藍固定床實驗結果表明，到達穿透點（43mg/l）的時間為130分鐘，其后濃度急劇上升，最終達到平衡,飽和吸附量為300g/l。

2 實驗部分

2.1 靜態吸附實驗

2.1.1 溶液pH值對吸附的影響pH值是影響吸附的最重要的參數之一，為了研究pH值對活性炭吸附亞甲基藍的影響，在室溫下（所有實驗溫度為室溫，約22℃，特別標注的除外），向已經編好號的聚乙烯瓶中各倒入濃度為600mg/l亞甲基藍溶液100mL，加入0.1000g（誤差±0.0002g）活性炭，以稀鹽酸和氫氧化鈉調節pH在1.04到12.03之間，放入轉速為170r/min的振蕩機中振蕩兩個小時后，后靜置過濾，測量吸附前后亞甲基藍的濃度，并計算去除率。

圖3 -1 pH值對亞甲基藍去除率的影響

圖3 -2 pH值對亞甲基藍吸附量的影響

由圖3-1可知隨著pH值的升高，亞甲基藍去除率也升高。因為亞甲基藍屬于堿性染料，因此在酸性條件下，與氫離子在顆粒活性炭上產生競爭吸附，去除率有所下降，隨著pH值的升高，溶液中氫氧根離子濃度增加，亞甲基藍的離解度變小，與顆粒活性炭間的靜電斥力變小[2]，因此，吸附量增加，亞甲基藍去除率變大。在pH為4-8的范圍內偏于中性，既不與氫離子產生競爭吸附，也不會由靜電排斥，所以吸附率處于一個相對穩定的階段。由圖3-1可以看出，堿性的情況下有利于活性炭對亞甲基藍的吸附。由圖3-2可知，自然pH值（5.3）的吸附量為0.47g/g，pH=12.03的吸附量為0.51g/g，兩者相差不大，故本實驗采用自然pH進行。

2.1.2 亞甲基藍濃度對吸附的影響

稱重量均為0.1000g活性炭5份，放入干燥并己編號的100mL聚乙烯瓶中，配制濃度分別為400mg/l、600mg/l、900mg/l、1200mg/l、1500mg/l亞甲基藍溶液各100ml，依次倒入已編號的聚乙烯瓶中，旋上塞子，放于放入振蕩器持續振蕩兩個小時，轉速為170r/min，后靜置過濾取，以超純水為參比液，用分光光度計，取波長為650nm，測濾液的吸光度A值，并計算去除率。

由圖3-3與圖3-4可知，去除率隨著原水濃度的增大而急劇下降，最終達到平緩。因為溶液濃度低，溶液中單位體積內的分子少，因而能充分與活性炭吸附中心接觸，故吸附效率高，可達97.3%。當濃度進一步增加，亞甲基藍溶液的粘度增大，不利于亞甲基藍分子擴散，另一方面，溶液濃度增加，對于一定量的活性炭，顯然吸附效率是下降的。但亞甲基藍的去除量是隨著原水濃度的增加而增大，直到達到飽和吸附量。

圖3 -3去除率隨亞甲基藍濃度的變化曲線

圖3 -4吸附量隨亞甲基藍濃度的變化曲線

2.1.3 活性炭投加量對吸附的影響

向100mL聚乙烯瓶杯中加入濃度為600mg/L的水樣100.0mL，分別加入活性炭0.0602、0.0803、0.1001、0.1203、0.1399、0.1601g，旋上塞子，放于振蕩器持續振蕩兩個小時，轉速為170r/min，后靜置過濾，以超純水為參比液，用分光光度計，取波長為650nm，測濾液的吸光度A值，并計算去除率。

圖3 -5活性炭投加量對吸附影響的變化曲線

圖3 -6活性炭投加量對吸附量的影響變化曲線

從圖3-5和3-6中可以看出，隨著活性炭用量的增加，亞甲基藍的去除率增大，但是其吸附量卻隨之減少。當活性炭用量從0.0602g增加到0.1601g，對亞甲基藍的去除率從50.5%增加到99.8%，對亞甲基藍的吸附量卻0.50g/g減少到0.37g/g。此外，隨著活性炭投加量的增加，比表面積增大，孔道增多，使得可接受亞甲基藍的吸附位增多，所以單位重量上的吸附量趨于下降趨勢。

2.2 動態實驗

工業應用顆粒活性炭一般用吸附塔，故在實驗中可使用動態吸附性能試驗評價顆粒活性炭的吸附性能。它是在吸附塔中充填了顆粒活性炭以后，讓液體以一定流速流動，測定在吸附塔的出口處的溶液中吸附質濃度隨時間變化的一種方法。液體的流動一般采用下向流式，在水處理過程中，下向流處理的液體質量要高于上向流[13]，動態實驗仿照吸附塔進行設計。

實驗裝置如圖3-7所示，取實驗室使用的50ml堿式滴液管，在滴液管上下兩端裝玻璃棉作為支撐物，中間填裝1.3g活性炭，柱高0.7cm，將初始濃度600mg/l的亞甲基藍溶液以7ml/5min（1.24cm/min）的流速從固定床的頂部流入，每隔一段時間取樣測定活性炭床層流出的亞甲基藍溶液的濃度。以吸附時間（min）為橫坐標，出水濃度（mg/l）為縱坐標做穿透曲線，如圖3-12。

圖3 -7固定床實驗裝置

圖3 -8活性炭吸附亞甲基藍穿透曲線

由圖3-8可以看出，當出水濃度達到穿透點時（43mg/l）,其濃度急劇上升，在300min后活性炭吸附飽和，到達穿透點時間為130min。用Wolborska模型可求出飽和吸附量為300g/l。

3 結論

本文選用粉末活性炭對亞甲基藍進行吸附脫色，作靜態吸附試驗和動態吸附試驗，研究結果歸納如下：

（1）活性炭對亞甲基藍吸附性能比較高，提高ph值可以提高亞甲基藍的去除率；隨著出水濃度的增加，亞甲基藍的去除率降低。在pH=5.3，T=600mg/l，m= 0.1001g，c=600mg/l時，亞甲基藍的去除率達到74.8%。

（2）隨著活性炭投加量的增加，亞甲基藍的去除率增高。

（3）固定床實驗表明，活性炭對亞甲基藍吸附穿透曲線符合不規則S型，穿透時間為130min，達到平衡時間為300min，飽和吸附量為300g/l。

[1]胡志勇.泥炭對廢水中結晶紫與亞甲基藍的吸附規律研究[D].衡陽:南華大學,2008

[2]于富玲.顆粒活性碳吸附染料的影響因素和分形特征的研究[D].北京:北京林業大學,2005

[3]孫康.液相脫色用顆粒活性炭的吸附行為及再生機理研究[D].北京：北京林科院林產化學工業研究所,2006