活性碳吸附综合实验报告Word格式.docx
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C——被吸附物质平衡浓度g/L;
K、n——溶液的浓度,pH值以及吸附剂和被吸附物质的性质有关的常数。
K、n值求法如下:
通过间歇式活性炭吸附实验测得q、C相应之值,将式取对数后变换为下式:
将q、C相应值点绘在双对数坐标纸上,所得直线的斜率为1/n,截距则为K。
此外,还有朗缪尔吸附等温式,它通常用来描述物质在均一外表上的单层吸附,表达式为:
由于间歇式静态吸附法处理能力低、设备多,故在工程中多采用连续流活性炭吸附法,即活性炭动态吸附法。
采用连续流方式的活性炭层吸附性能可用勃哈特和亚当斯所提出的关系式来表达。
t——工作时间,h;
V——流速,m/h;
D——活性炭层厚度,m;
K——速度常数,L/mg·
h;
N0——吸附容量、即到达饱和时被吸附物质的吸附量,mg/L;
C0——进水中被吸附物质浓度,mg/L;
CB——允许出水溶质浓度,mg/L。
当工作时间t=0,能使出水溶质小于CB的碳层理论深度称为活性炭的临界深度,其值由上式t=0推出。
碳柱的吸附容量〔N0〕和速度常数〔K〕,可通过连续流活性炭吸附试验并利用公式t~D线性关系回归或作图法求出。
2.2活性炭吸附动力学实验原理
动力学研究各种因素对化学反响速率影响的规律,研究化学反响过程经历的具体步骤,即所谓反响机理。
它探索将热力学计算得到的可能性变为现实性,将实验测定的化学反响系统宏观量间的关系通过经历公式关联起来。
固体吸附剂对溶液中溶质的吸附动力学过程可用准一级、准二级、韦伯-莫里斯(WeberandMorris)扩散模型和班厄姆(Bangham)孔隙扩散模型来进展描述。
〔1〕基于固体吸附量的拉格尔格伦(Lagergren)准一级速率方程是最为常见的,应用于液相的吸附动力学方程,模型公式如下:
或
qe——平衡吸附量,mg/g;
qt——时间为t时的吸附量,mg/g;
K——一次方程吸附速率常数,min-1。
以log(qe-qt)对t作图,如果能得到一条直线,说明其吸附机理符合准一级动力学模型。
〔2〕准二级速率方程是基于假定吸附速率受化学吸附机理的控制,这种化学吸附涉及到吸附剂与吸附质之间的电子共用或电子转移,其公式为:
式中Ks为二级吸附速率常数
以t/qt对t作图,如果能得到一条直线,说明其吸附机理符合准二级动力学模型。
〔3〕韦伯-莫里斯模型常用来分析反响中的控制步骤,求出吸附剂的颗粒扩散速率常数。
其公式为:
式中,C是涉及到厚度、边界层的常数。
Kip是扩散率常数。
qt对t1/2
作图是直线且经过原点,说明扩散由单一速率控制。
〔4〕班厄姆方程常被用来描述在吸附过程中的孔道扩散机理,方程尽管是以经历式提出,但可认为是与Freundlich等温吸附方程对应的动力学方程,这可从理论上导出。
当线性拟合得到较好直线,拟合系数R2大于0.99时表示此孔道扩散模型能较好的表示实际吸附情况。
〔5〕此外,叶洛维奇(Elovich)方程也是可用来描述反响速率与时间关系的动力学方程,其表达式为:
2.3活性炭改性实验原理
普通活性炭比外表积小、孔径分布不均匀和吸附选择性能差,故普通活性炭需要进一步的改性,满足实验和工程需要。
现在常采用工艺控制和后处理技术对活性炭的孔隙构造进展调整,对外表化学性质进展改性,进而提高其吸附性能。
改性方法有外表构造的改性以及外表化学性质的改性两大类。
活性炭外表化学性质的改性又可分为外表氧化法、外表复原法负载原子和化合物法以及酸碱改性法三种。
本次实验用硝酸对活性炭进展改性,属于外表氧化法。
硝酸在适当的温度下对活性炭材料外表的官能团进展氧化,从而提高材料含氧官能团的含量,增强材料外表的亲水性。
常用的氧化剂除了硝酸外,还有HClO和H2O2等。
3实验容
3.1实验设备与试剂
表3-1实验中所用试剂及说明
仪器〔试剂〕
数量
振荡器
1台
500mL三角烧杯
6个
烘箱
1个
COD、SS等测定分析装置
一套
玻璃器皿
假设干
滤纸、活性炭
有机玻璃碳柱
d=20~30mm;
H=1.0m
配水及投配系统
/
硫酸亚铁铵
现配
催化剂
硫酸-硫酸银
重铬酸钾
标准溶液
亚铁灵指示剂
实验室配备
3.2实验装置
实验装置如图3-1和图3-2所示。
图3-1间歇式活性炭吸附装置
图3-2连续式活性炭吸附试验装置
3.3实验步骤
3.3.1活性炭间隙吸附实验
(1)将*污水用滤布过滤,去除水中悬浮物或自配污水,测定该污水的COD、SS等值。
(2)将活性炭放在蒸馏水中浸24h,然后放在105℃烘箱中烘至恒重,再将烘干后的活性炭压碎,使其成为能通过200目一下筛孔的粉状炭。
因为粒状活性炭要到达吸附平衡耗时太长,往往需要数日或数周,为了使实验能在短时间完毕,应多用粉状炭。
(3)在6个500mI的三角瓶中分别投加0mg、100mg、200mg、300mg、400mg、500mg粉状活性炭。
(4)在每个三角瓶中投加同体积的过滤后的污水,使每个烧瓶中的COD浓度与活性炭浓度的比值在0.05~5.0之间。
(5)测定水温,将三角瓶放在振荡器上振荡,当到达吸附平衡(时间延至滤出液的有机物浓度COD值不再改变)时即可停顿振荡。
(时间一般为30min以上)。
(6)过滤各三角瓶中的污水,测定其剩余COD值,求出吸附量q。
3.3.2活性炭吸附动力学实验
(1)在6个500mI的锥形瓶中投加500mg粉状活性炭,再分别参加400mL原水(过滤后)。
(2)分别在0min、10min、30min、50min、70min、90min时过滤测定出水COD,并计算吸附量。
3.3.3活性炭改性实验
(1)称取四组质量为20g的粉末活性炭,分别放入200mL锥形瓶中。
(2)分别往锥形瓶中添加100mL1.2mol/L、3.5mol/L、7.2mol/L、13.2mol/L浓度的硝酸,浸泡粉末活性炭,在常温下放置2h,期间不断晃动,后用砂芯漏斗进展抽洗,直至活性炭pH呈中性,在烘箱中烘干,备用。
(3)在5个500ml的锥形瓶中分别投加经1.2mol/L、3.5mol/L、7.2mol/L、13.2mol/L浓度的硝酸改性的500mg粉状活性炭、未经改性的粉末活性炭,再分别参加400mL原水〔过滤后〕。
(4)在30min时测定出水的COD,并计算吸附量。
4数据记录与整理
4.1活性炭间隙吸附实验
4.1.1实验根本数据
表4-1活性炭间隙吸附实验根本数据
水温:
28℃
水样体积:
400mL
吸附时间:
30min
搅拌强度:
350r/min
(NH4)2Fe(SO4)2溶液浓度:
0.01294mol/L
4.1.2实验数据记录
表4-2活性炭间隙吸附实验数据记录
水样
活性炭投加量/mg
滴加(NH4)2Fe(SO4)2溶液体积/mL
COD浓度/(mg/L)
COD去除量/(mg/L)
COD去除率/%
吸附量q/(mg/g)
蒸馏水
19.90
原水
18.00
39.34
0.00
K(100mg)
100
18.45
30.02
9.32
23.68
37.27
K(200mg)
200
18.83
22.15
17.18
43.68
34.37
K(300mg)
300
19.15
15.53
23.81
60.53
31.75
K(400mg)
400
19.40
10.35
28.99
73.68
K(500mg)
500
19.65
5.18
34.16
86.84
27.33
4.2活性炭吸附动力学实验
4.2.1实验根本数据
表4-3活性炭间隙吸附实验根本数据
30℃
活性炭投加量:
400mg
0.01082mol/L
4.2.2实验数据记录
表4-4活性炭吸附动力学实验数据记录
吸附时间t/min
滴加(NH4)2Fe(SO4)2
溶液体积/mL
20.00
17.80、17.60
38.10、41.56
平均39.83
A(10min)
10
18.47
26.49
13.33
33.48
A(30min)
30
18.90
19.05
20.78
52.17
A(50min)
50
19.21
13.68
26.15
65.65
A(70min)
70
19.32
11.77
28.05
70.43
A(90min)
90
19.60
6.93
32.90
82.61
4.3活性炭改性实验
4.3.1实验根本数据
31℃
300mg
150r/min
0.01083mol/L
4.3.2实验数据记录
硝酸浓度/(mol/L)
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