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活性炭吸附重金属的影响因素有哪些?

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发布日期:2022-01-10 作者: 点击:

  重金属吸附机理活性炭处理:


  活性炭处理重金属主要依靠吸附。目前认为,活性炭对重金属离子的吸附机制主要是活性炭表面重金属离子的离子交换吸附,以及重金属离子与活性炭表面含氧官能团之间的化学反应吸附,以及金属离子沉积在活性炭表面引起的捕集物理吸附。然而,一些外国学者认为,活性炭对重金属的吸附不仅是一个简单的离子交换过程,也是活性炭上各种活性位点对重金属的吸附的重要原因。同时,金属阳离子与活性炭表面阴离子之间的静电引力也起到了一定的作用。一些学者认为,活性炭对重金属的吸附行为可以通过表面络合吸附模式来描述。活性炭颗粒表面的各种羟基集团与溶液中的离子形成表面络合吸附。


  影响活性炭吸附重金属效果的因素:


  主要从单个金属离子废水(溶液)的角度讨论影响活性炭吸附处理效果的因素,包括活性炭用量、ph值、初始浓度、吸附时间、温度、共存离子等。

活性炭吸附重金属的影响因素有哪些?

  活性炭用量:


  活性炭的用量对吸附有一定的影响。对于同一溶液,随着活性炭用量的增加,各种离子的吸附效率增加,吸附效果增强,被吸附离子的相对浓度降低,但其单位吸附量呈下降趋势。因为当原水浓度一定时,吸附剂量增加,可吸附的活性位增加,吸附剂上吸附的吸附质量增加。当达到吸附平衡时,吸附质的平衡浓度降低,因此吸附去除率增加,但吸附容量随着吸附剂量的增加而降低。原因是吸附剂量增加,平衡浓度降低。根据吸附平衡规律,q=kce也降低了吸附容量。


  ph值:


  ph值对活性炭与金属离子之间的亲合力有非常重要的影响,通常在一定范围内(临界ph值以下),随着溶液中ph值的增加,活性炭对金属离子的吸附量也在增加。当溶液的ph值增加时,活性炭表面的官能团质子化,从而降低表面电位密度,降低金属阳离子和活性炭表面的静电斥力,从而增加吸附量。同时,由于活性炭表面的官能团呈弱酸性,当溶液ph值增加时,活性炭上的负电位点增加,吸附量增加。但当ph值超过一定限值时,随着ph值的不断增加,溶液中的oh-与金属离子的化学作用力增加,导致金属氢氧化物沉淀的产生,从而导致吸附量相对下降。研究发现,活性炭在酸性溶液中对重金属的吸附能力增加,但在碱性溶液中,酸性溶液比碱性溶液更有利于活性炭对重金属的吸附和去除。一般来说,不同的金属阳离子有不同的ph值或ph值范围。


  溶液初始浓度:


  根据edl(双静电)理论,当溶液初始浓度增加时,金属离子的去除率降低。活性炭的吸附点固定,金属离子的吸附量也固定。因此,当金属离子的初始浓度增加时,去除率降低。然而,研究发现,当用活性炭处理含砷废水时,随着溶液中砷初始浓度的增加,砷的去除率逐渐增加,但初始浓度增加到一定程度后,去除率随浓度的增加而降低。因此,可以得出结论,初始浓度必须影响活性炭的处理效果,但具体影响取决于不同的重金属离子。


  吸附时间:


  在活性炭的吸附过程中,振荡时间对吸附效果也有很大影响。溶液中的吸附质占据活性中心是一个渐进的过程,即需要一定的时间来平衡吸附,即所谓的吸附平衡时间。活性炭只有达到吸附平衡时间,才能大限度地发挥其效率。活性炭上重金属离子的吸附容量随着吸附时间的增加而增加,但当吸附时间达到一定值时,基本不变。吸附容量一开始迅速上升,因为活性炭上重金属离子的吸附主要发生在外表面。随着吸附的进行,吸附质逐渐从大孔通过过渡孔深入微孔,重金属在内孔中的传质速度逐渐减慢,吸附容量随着时间的推移缓慢增加,直到达到吸附平衡。


  温度:


  活性炭对重金属的吸附作用实际上是吸附和脱附两个过程的竞争。一般来说,吸附是一个放热过程,有利于低温;脱附是一个吸热过程,有利于高温。张淑琴[14]等研究发现,低温对吸附容量影响不大,对重金属的吸附效果良好。当溶液温度较高(高于50℃)时,虽然液相吸附热较小,但由于分子热运动的加剧,吸附平衡受损,吸附容量降低,表现为物理吸附性能。


  在实际生产生活中,一般废水的温度变化不大,因此温度对活性炭吸附含重金属离子废水的影响不大。


  共存离子:


  共存离子为重金属离子:


  一些学者发现,hg2 、cr3 和cu2 与活性炭吸附g2 、cr3 和cu2 与活性炭吸附位点的亲和力较高。ni2 、cd2 、ca2 、sr2 、zn2 、co2 、mn2 、mg2 和k 与活性炭吸附位点的亲和力较弱。na 不能被活性炭吸附。因此,根据金属离子与吸附位点的亲和力,将金属分为三类:强亲和力:hg2 、cr3 和cu2 ;中等亲和力:ni2 、cd2 、ca2 、sr2 、zn2 、co2 、mn2 、mg2 和k ;弱亲和力:na 。实验发现,当活性炭同时吸附铬砷时,砷的去除率高于单独吸附砷的去除率,这表明cr(v)的存在诱发了活性炭对砷的吸附。


  ⑵共存离子为有机物:


  活性炭对有机物的吸附和去除主要是物理吸附过程,但对重金属离子更为复杂,除了物理吸附外,还可能存在化学吸附。在有机物和金属离子共存的两相溶液中,物理吸附过程和化学吸附过程同时发生,但物理吸附过程更为重要。因此,重金属离子的存在不会影响活性炭对有机物的吸附,但有机物的存在会严重影响活性炭对重金属的吸附。


  其它因素:


  除上述因素外,活性炭的类型、活性炭颗粒的大小和溶液离子的强度都会影响活性炭对单个重金属离子溶液的吸附效果。此外,活性炭表面的改性对活性炭的吸附效果也有很大的影响。研究发现,浓硝酸改性后的活性炭具有较强的金属离子吸附能力,其吸附能力也要大得多。与原活性炭相比,改性后的活性炭对pb2 的饱和吸附能力增加了100多倍。


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