活性炭吸附镉ppt
油气回收装置(活性炭吸附)培训PPT课件
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一、工艺原理 2、工艺原理
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吸收：吸收过程就是利用油 库储油罐里的液态汽油，从 吸收塔上部对脱附后的高浓 度油气进行喷淋，将其转变 为液态汽油，再输送回油库 储油罐里。
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一、工艺原理
2、工艺原理
吸收：吸收过程就是利用油库储油罐里 的液态汽油，从吸收塔上部对脱附后的 高浓度油气进行喷淋，将其转变为液态 汽油，再输送回油库储油罐里。
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三、日常巡检
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1、查看计算机监控 油气回收系统运行
情况的最集中、最直观 的体现是计算机监控系 统，该系统设立在油气 回收控制室内。
油库操作人员每2小 时要对监控系统进行巡 检。发现问题要及时进 行故障排除和系统复位。
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三、日常巡检
嗞~~嗞~~
油气
嗞~~嗞~~
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2、查看油气泄放安 全阀
油气泄压安全阀 有气体泄放则说明系 统报警停机，巡检人 员须立即报告。
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附属设施 主要是由电动阀门、压力变 送器组成，其功能是向PLC系统 提供数据参数并执行相应动作指 令，通过电动阀门的开关可以实 现吸附罐交替作业和吸附塔活性 炭脱附。 进气阀门：油气由此进入吸 附塔，工作时一开一关； 真空阀门：油气由此进入脱 附单元，工作时一开一关； 排放阀门：油气吸附后洁净 空气由此排放； 破真空阀门：吸附罐抽真空 后，由此进入干净空气以使吸附 罐恢复常压。
（1）吸附单元； （2）真空再生（脱附）单元； （3）油气吸收单元。
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一、工艺原理
1、工艺过程
下装车到库提油
下装密闭发油
冷凝气液分离
油气吸附
真空脱附
油气吸收
汽油打回储罐
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一、工艺原理 2、工艺原理
常用吸附剂 活性炭ppt课件
• 制备方法：气相氧化法、液相氧化法和固相氧化法。 • 无论那一种方法，都是将碳纳米管经活化处理及后处理得到活性炭纳
米管。
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4 应用实例
（三）活性炭纤维
• 活性炭纤维（ACF）是继粉末活性炭（PAC）和粒状活性炭（GAC） 之后的第三代活性碳材料。
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1 简介
活性炭又称活性炭黑。是黑 色粉末状或颗粒状的无定形 碳。活性炭主成分除了碳以 外还有氧、氢等元素。活性 炭在结构上，由于微晶碳是 不规则排列，在交叉连接之 间有细孔，活化时会产生碳 组织缺陷，因此它是一种多 孔性含碳物质，具有很强的 吸附能力。它不仅可以作为 吸附剂，还可以作为脱色剂 和催化剂载体，使它在化学 工业、国防工业、环境保护、 食品工业等方面得到了广泛 的应用。
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4 应用实例
（一）活性炭微球
• 球形活性炭是20世纪70年代后期由日本、美国、联邦德国和苏联等工业 发达的国家研制开发成功的一种高档活性炭新品种，80年代后后期逐渐 进入工业化阶段。
• 球形活性炭具有均匀的球形外表，表面光滑、力学强度高、比表面积大、 耐磨损、耐腐蚀，长期使用掉屑少，产品杂质含量低等优点。
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2 制备工艺流程
2.2.1、影响炭活化的主要因素 • (1) 活化温度的影响 • 活化是炭和活化剂在高温下进行的反应。随着温度的升高，
反应速度加快，活化速率加大，但是太高易造成不均匀活 化。在不同的活化温度下，生产的活性炭孔结构不同。活 化温度过高，微孔减少，吸附力下降。一般水蒸气活化法 的活化温度控制在800-950℃，烟道气的活化温度控制在 900-950℃，空气的活化温度控制在600℃左右。
活性炭吸附技术在废气处理中的应用PPT课件
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2019/7/20
面积（m2）；m—吸附剂的质量（g） ③孔半径：表示微孔大小 大孔（r=0.1-1.0 μm）：吸附液体分子较有效 中孔（r=0.002-0.1 μm）：吸附蒸汽分子较有效 小孔（r<0.002 μm）：吸附气体分子较有效 ④孔隙率：吸附剂内部微孔的容积与吸附剂个体体积之比 εh= Vh/ Vs 式中：Vh—吸附剂内部微孔的总容积（m3）；Vs—吸附剂个
• 适用范围：适宜处理低浓度、高风量的有机废气，主要用 于吸附回收脂肪和芳香族碳氢化合物、大部分含氯溶剂、 常用醇类、部分酮类和酯类等
• 优点：去除率高，是去除气相污染物较为常用的方法 • 缺点：存在投资运行费用较高且有产生二次污染的缺陷，
而且吸附剂的容量有限且设备庞大，吸附剂再生有机溶剂 回收等后处理工程复杂
溶剂性质有关。在缺乏实验数据时，可取2.5kg/kg溶剂 用以补偿活性炭被水润湿时的润湿热的蒸汽消耗量D3：一般取饱和水
蒸气在吸附器内压力下的冷凝热与该温度下活性炭吸附水蒸气的吸附 热之差
2、活性炭吸附技术
2.3吸附装置 常用吸附装置：固定床 • 安全性 绝大多数的工业溶剂都是可燃的，其爆炸极限下限（LEL） 的范围在体积百分比1%-2%。有关安全规范要求废气处理设 备的进口废气浓度不能超过LEL的25%。 床层自燃起因 1）污染物的积累：放热反应使得局部达到自燃温度。措施
① 低压水蒸气置换再生：大多数情况下比气流吹扫更有效 ② 惰性热气流吹扫再生 ③ 降压或真空解吸再生：常用于有一定压力时；常规常压不经济 ④ 热空气吹扫脱附
• 再生蒸汽的总消耗量D：
加热蒸汽消耗量D1：一般来说，加热蒸汽全部冷凝在吸附器中 动力蒸汽消耗量D2：此蒸汽消耗量一般用实验方法得到，与被吹脱的
吸附_PPT版
第三节 吸附效果的评价方法 ● 一般吸附性能指标：
比表面积、碘值、四氯化碳吸附值、亚甲基 蓝吸附值
通常认为，这些指标高，则吸附剂的吸附性能 就高，所以习惯上都是根据这些一般吸附性能指 标来选择水处理用吸附剂。
第三节
吸附效果的评价方法
★对活性炭：一般吸附性能指标与活性炭对天然水中有机物的
吸附性能相关性不好，若用这些指标来选择水处理用活性炭， 会得出错误的结果。
第二节 主要吸附剂
其他吸附剂：沸石、硅藻土、 活性氧化铝等。
● 沸石：是一网架状铝硅酸盐火山岩 矿物。由于含有移动性较大的氧离子和 水分子，可进行阳离子交换和吸附性 质。 （1）可对有机物吸附去除（水中极性分 子更易被去除）； （2）通过离子交换去除水中氨氮，并可 再生处理； （3）可作为水质软化、去除水中重金属 离子，可用食盐水再生。
第四节 活性炭的吸附性能与影响因素
（2） 臭氧活性炭的应用
① 生物活性炭工艺最初起源于欧洲，最早在德国的杜塞尔多夫水厂使用。 ② 目前欧洲水厂多使用臭氧活性炭工艺：法国有700家使用臭氧活性炭， 日产水量为300万立方米；瑞士有30%以上的地表水厂使用臭氧活性 炭；德国有70多家水厂应用臭氧活性炭工艺。 ③ 美国1976年开始研究臭氧生物活性炭技术。至1990年有40多家水厂应 用臭氧活性炭工艺，包括纽约、落杉矶等大水厂。 ④ 日本于1988年联合发布引入深度处理工艺的方针，规定当原水水质的 色度达到25度，嗅阈值25，高锰酸钾消费量7.5mg／L，氨氮0.16mg ／L时就要采用臭氧活性炭深度处理工艺。1992年起东京都的金町、 三乡、 朝霞水厂，大阪市的柴岛、庭洼、丰野等水厂相继建成深度 处理水厂，大规模开始运行。日本东京都金町净水厂的一期臭氧活性 炭26万m3/d工程已运行投产。
生物炭吸附的ppt
生物炭的特性
污染物类型 有机物
微生物 重金属 环境纳米材料 （ENPs）
污染物 多环芳烃 菲 泰乐菌素 抗生素 磺胺甲嘧啶 磺胺甲恶唑 大肠杆菌 Cd、Pb、As、Cu、Zn、Ni、 Cr等
银纳米颗粒、碳纳米管、二 氧化钛
作用机理
吸附和生物降解 微孔和间隙孔捕捉 吸附 π-π键 π-π键、离子交换 π-π键、离子交换 吸附
定义 以 自然界广泛存在的生物质资源为
基础， 利用特定的炭化技术，由生物 质在缺氧或低氧条件下经高温裂解 （通常<700℃）产生的高度炭化多孔 物质
不同材质烧成的生物炭
名称 内涵
Байду номын сангаас
生物炭 强调生物质原料来源和农业科学、环境科学中
Biochar 的应用，主要用于土壤肥力改良、大气碳库增 汇减排以及受污染环境修复
活性炭 强调制作过程中为增强表面特性的应用而人为 Activated 采用极高温（通常>700℃）、物理化学手段活 carbon 化的、高比表面积、高吸附特性的疏松多孔性
物质，常用于受污染环境的修复、环境工程处 理方面
木炭 Charcoa
制作过程和性质特点与生物炭相似，多使用木 头、煤炭作为原料，强调应用于燃料、工业冶 炼、除臭脱色的生物质热解残渣，具有高热值 和高内表面积
生物炭
——在水中的处理应用
地球表面的70％被水覆盖， 但淡水资源仅占所 有水资源的2.5％，而且很多天然水体已经受到严重 污染，可供人类饮用的淡水资源少之又少，并且全 球已有超过80％的废水未得到处理，由此可见，水 处理工艺与技术是极其重要的。现阶段，生物炭对 水中含有的各种污染物有很好的去除效果，且生物 炭的来源广泛，成本低。另外由于炭化程度低，生 物炭残余的氢氧基团可以促进部分金属离子以及有 机物质的吸收。目前许多国家已采用生物炭技术进 行给水处理、生活污水和工业废水的处理。
活性炭吸附PPT课件
生物法
→
药剂再生法
低温
（1）加热再生法
高温
高温加热法：脱水→干燥→碳化→活化→冷却
脱水：使活性炭和输送液体进行分离。
干燥：加温到100~150 0C
时挥发低沸 点有机物。
,将细孔中的水分蒸发，同
碳化：加热到 300~700 ，高沸点有机物由于热分解，一部分 成为低沸点的有机物进行挥发；另一部分碳化，留在活性炭的细孔 中。
活性炭吸附
吸附：在相界面上，物质的浓度自动发生累积或浓集的现象。分为 物理吸附和化学吸附。
物理吸附：吸附剂和吸附质之间通过分子间力产生的吸附。
化学吸附：吸附剂和吸附质之间发生化学作用，由于化学键力引起 的。
废水处理中常用的吸附剂有活性炭，磺化煤、活化酶、沸石、活性 白土、硅藻土、焦炭、木炭、木屑等。
表示I型等温式有浪缪尔公式和费兰德利希公式，表示II型吸附等温式 有BET公式。
（1）朗缪尔公式从动力学观点出发，通过一些假设条件而推导的单分 子公式
q=abC/(1+aC)
式中a,b为常数
C为吸附平衡时水中剩余的吸附质浓度g/L。
为计算方便，将上式改为导数式1，即：1 • 1 1 q ab C b
降流式固定床型吸附塔示意图
（2）移动床
原水从吸附塔底部流入和吸附剂进行逆流接触，处理后的 水从塔顶流出，再生后的吸附剂从塔顶加入，接近吸附饱和的吸附 剂从塔底间歇的排除。
五 活性炭柱试验
炭柱在未出现出水泄漏之前存在三个区：失效区、吸附区和未
利用区，随着过滤的进行，吸附区保持固定的高度向下推移。 泄漏曲线的形状与进水水质、滤速及炭床高度有关，当v、
比表面积：每克吸附剂所具有的表面积。活性炭的比表面积可达 500~1700m2/g，其中小孔占95%。 使活性炭具有吸附功能的是小孔，大孔的作用是将溶液导入，使 其进入小孔的吸附功能区。
活性炭吸附重金属ppt课件
一、研究意义与背景
二、重金属的去除方法 三、活性炭对重金属的吸附 四、吸附剂的改性方法 五、结论
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在整堂课的教学中，刘教师总是让学 生带着 问题来 学习， 而问题 的设置 具有一 定的梯 度，由 浅入深 ，所提 出的问 题也很 明确
生活饮用水标准
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二、重金属的去除方法
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在整堂课的教学中，刘教师总是让学 生带着 问题来 学习， 而问题 的设置 具有一 定的梯 度，由 浅入深 ，所提 出的问 题也很 明确
二、重金属的去除方法
物理化学法
1、膜分离技术 包括：微滤(MF)、超滤(UF)、纳滤(NF)和反渗透。 微滤膜为 0.1 m 级别孔径的膜，用来去除悬浮颗粒物、 藻类、细菌等； 超滤膜为 0.01 m 级别的膜，用来去除小的胶体和病毒； 纳滤和反渗透都可以用来去除金属离子，但反渗透去除 体积更小的离子，孔径为 0.01 m 级别和纳米级别。
二、重金属的去除方法
2、重金属捕集剂
重金属捕集剂能与重金属离子发生强力螯合作用，迅速 生成不溶于水、含水量低、易过滤分离的絮状沉淀，从而 去除重金属离子。 3、离子交换法
最常用的离子交换树脂是带有磺酸基团(-SO3H)的酸性树 脂，和带有羧基基团(－COOH)的弱酸性树脂。
吸附专题教育课件
▪ 2、化学性质 ▪ 因为活性炭表面形成了复杂旳含氧官能团以及
碳氢化合物。官能团相对数量决定其极性强弱 和吸附性能。 ▪ 一般把活性炭表面氧化物分为 ▪ 酸性官能团 ▪ 碱性官能团 ▪ 两种官能团旳形成条件 ▪ 300-500℃下列用湿空气制造旳活性炭以酸性 官能团为主 ▪ 800-900 ℃下列用空气、蒸汽或二氧化碳为活 化炭活化氧化剂制造旳活性炭碱性占主 ▪ 500-800 ℃之间制造活性炭两性
（2）穿透曲线：以吸附时间或吸附柱出水 总体积为横坐标，以出水吸附质浓度为 纵坐标所绘制出旳曲线叫穿透曲线。
（3）穿透点：当出水吸附质浓度Ca为 (0.05~0.10)Co时所相应旳出水总体积或 吸附时间旳穿透曲线上旳那一点叫穿透 点。
（4）吸附终点：出水浓度Cb为 (0.90~0.95)Co时所相应旳出水总体积旳 穿透曲线上旳那一点叫吸附终点（耗竭 点）。
2.吸附容量qe(g/g)
衡量吸附剂吸附能力旳大小，到达吸附平 衡时，单位重量旳吸附剂（g）所吸附旳吸附 质旳重量（g）。
qe
V (C0 C) W
（6-1）
式中：V—废水容积；W—活性炭投量，g
C0—废水吸附质浓度（g/L） C—吸附平衡浓度，吸附平衡时水中剩余旳吸附质 浓度mg/L
qe=f(C、T)，当T不变时，即T恒定，则qe=f(C)，叫 吸附等温线。
6.2.2 活性炭旳性质 1、物理性质 A、比表面积
每g活性炭所具有旳表面积。活性炭旳 比表面积为：500~1700m2/g，99.9%旳表面 积，在多孔构造颗粒旳内部。
B、细孔构造 ·微孔：<2nm，0.15~0.90mL/g，占比表面 积旳95%以上，起吸附作用，吸附量以小孔 吸附为主。
活性炭吸附镉1PPT课件
活化时间的影响：固定秸秆与磷酸的浸渍质量比为1:1， 改变活化时间，测秸秆活性炭的产率。
马弗炉焙烧时间影响：其他条件一定，更改马弗炉焙烧 秸秆的时间，测秸秆活性炭产率。
马弗炉焙烧温度影响：其他条件一定，在不同温度下焙 烧秸秆，测秸秆活性炭产率。
精选课件PPT
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2.活性炭吸附水中镉的条件研究
活性炭吸附镉的效果受到多个条件的影响： 镉溶液的浓度 吸附环境酸碱度 活性炭用量 活性炭改性方式
总结制备活性炭的最佳方法，及最佳吸附条件。
精选课件PPT
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实验方案
秸秆 活性炭
活化剂活化
马弗炉焙烧
研磨
筛分 活性炭
不同浓度梯度 镉溶液
不同酸碱度
对活性炭不 同方式改性 不同的活性炭
用量
吸附镉溶液 对吸附后残液进行表征
精选课件PPT
最佳条件
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感谢各位老师批评指正精选课源自PPT8东北林业大学理学院毕业论文开题
秸秆活性炭对水中重金属吸附研究
指导教师：史书杰
精选学课件生PPT：王韧
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目录
研究背景及意义
研究内容
实验方案
精选课件PPT
2
→
秸秆
秸秆
焚烧
活性炭
污染环境
精选课件PPT
经济效益
3
谈“镉”色变
痛痛病
镉超标
精选课件PPT
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1.制备活性炭条件筛选
活化剂的筛选：碳酸钠，氯化锌，磷酸。在相同浸渍比 和活化时间下进行实验，测秸秆活性炭产率。
改性活性炭对镉的吸附研究
收稿日期:2006-08-24基金项目:国家“八六三”高技术研究发展计划资助项目(2002AA601130)作者简介:黄 鑫(1980—),男,博士生,主要研究方向为给水处理理论与技术,E 2mail :huangxin -china @ ;高乃云(1950—),女,教授,博士生导师,工学博士,主要研究方向为水处理理论与技术,E 2mail :gaonaiyun @ 改性活性炭对镉的吸附研究黄 鑫,高乃云,张巧丽(同济大学污染控制与资源化研究国家重点试验室,上海 200092)摘要:研究镉在表面氧化改性的颗粒活性炭上的吸附行为.考察离子强度、p H 值、温度和镉初始浓度对吸附的影响,并进行相应的动力学与热力学计算.结果表明,实验范围内,活性炭对镉的吸附在p H =2～7范围内与p H 值呈正相关,增加离子强度对吸附有一定的阻碍作用;吸附动态曲线符合二级动力学模型;活性炭与镉之间的标准吸附热约为-25.29kJ ・mol -1,整个温度范围内吸附是自发的放热过程.关键词:改性活性炭;热力学;镉;动力学;吸附;内分泌干扰物中图分类号:TU 991 文献标识码:A 文章编号:0253-374X (2008)04-0508-06Research on Cadmium Adsorption by ModifiedG ranular Activated CarbonHUA N G Xi n ,GA O N aiyun ,ZHA N G Qiaoli(State K ey Laboratory of Pollution Control and Resource Reuse ,Tongji University ,Shanghai 200092,China )Abstract :Cadmium adsorption behaviour of modified granular activated carbon was investigated.Ex 2periments were conducted to study the effect of parameters ,such as ionic strength ,p H ,equilibrium time and initial cadmium concentration.The adsorption capacity of modified granular activated carbon enlarged with an increase in p H ,and reduced with an increase in ionic strength.The adsorption pro 2cess followed pseudo 2second order rate model.Thermodynamic calculation was employed based on ad 2sorption isotherms at different temperatures.The average change of standard adsorption heat ΔH was -25.29kJ ・mol -1.Negative ΔH and ΔG values indicate the adsorption process for cadmium onto the studied activated carbon is exothermic and spontaneous.Key words :modified activated carbon ;thermodynamics ;cadmium ;kinetics ;adsorption ;endocrinedisrupting chemicals 2005年,广东省北江和湖南省湘江相继出现了有关饮用水源遭受镉污染的报道.镉(Cd (Ⅱ))是典型的环境重金属污染物,容易迁移进入人的食物链而危害人类的健康[1].世界自然基金会的《环境中具有生殖和内分泌干扰作用的化学物质清单》将其和铅、汞一起列为仅有的3种金属类内分泌干扰物.美国环保局和日本环境厅也分别将镉列为疑似内分泌干扰物[2].饮用水水源中镉的长期低浓度效应不可忽视.吸附工艺处理效果稳定,价格相对较低,尤其适第36卷第4期2008年4月同济大学学报(自然科学版)JOURNAL OF TON G J I UN IVERSITY (NATURAL SCIENCE )Vol.36No.4 Apr.2008用于大流量低浓度污染物质的去除.目前已有大量文献报道了不同吸附剂对镉的去除[325],但大多采用生物材料与废弃物,其化学稳定性尚待检验,应用中也多以废水处理中金属离子的回收为研究目的.本文将某商品颗粒活性炭表面氧化改性,显著提高了它对水中镉的吸附性能.通过对相关影响因素的考察及吸附热力学和动力学的研究,对该改性颗粒活性炭与镉的作用机理作初步探讨.1 实验部分1.1 活性炭材料的准备实验选用某破碎颗粒活性炭(碘值为1046mg ・g-1,亚甲蓝值为198mg・g-1,强度为93.5%),实验表明该炭对镉基本无吸附作用.颗粒活性炭使用前预处理以去除表面杂质,并通过化学氧化进行表面改性,具体方法参见文献[6]:筛分活性炭60～80目,在三氯甲烷中浸泡4h,120℃下烘箱(101AS-2,上海浦东荣丰科学仪器公司)中烘干.用经水稀释的浓硝酸(体积比1∶1)浸泡并在沸腾温度下加热回流1h,置水漂洗至中性,120℃下干燥8h.马弗炉中300℃加热1h,冷却,密闭封存待用.实验中所用试剂均为化学纯.1.2 实验方法称量0.15g活性炭置于250ml碘量瓶中,向瓶中加入100ml Cd2+浓度为4.5μmol・L-1的去离子水溶液,再加入10ml浓度为1mol・L-1的KNO3作为离子支持(此时离子强度I=0.01mol・L-1).原液p H值约为6.0.分别选取20,25,35,42℃(±0.5℃)4个温度,在恒温摇床(H YG2A,江苏太仓实验设备厂)以160r・min-1的摇速持续振荡3～4d,直至吸附平衡后取出部分溶液,过滤,测定镉浓度,并计算相应吸附量.不加活性炭的空白试验表明碘量瓶对镉的吸附作用可以忽略不计.镉的浓度用等离子发射光谱法进行测定(Optima2100DV,PE公司),测定波长λ为228.8nm,线性范围为5μg・L-1～50mg・L-1.1.3 数据计算吸附动力学曲线分别用一级动力学方程、二级动力学方程和粒子内扩散模型(intraparticle diffu2 sion model)进行拟合[7-8].log(q t-q e)=log q e-k1t/2.303t/q t=1/v0+t/q e,v0=k2q2eq t=k d t1/2式中:q t,q e分别为t时刻与平衡时吸附容量,μmol ・g-1;k1为系数,min-1;t为时间,min;v0为初始吸附速率,μmol・g-1・min-1;k2为系数,g・μmol-1・min-1,k d为系数,μmol・g-1・min-1/2.吸附等温线采用Langmuir和Freundlich等温式,分别为c e/q e=1/(q m b)+c e/q mlg q e=(1/n)lg c e+lg K f式中:c e为平衡时剩余浓度;q m为单分子层饱和吸附量,μmol・L-1;b为系数,L・μmol-1;n为系数;K f 为系数,μmol・g-1.根据Van’t Hoff方程进行吸附热力学计算[7]ΔG=-R T ln Kdln K d=ΔH/(-R T)+ΔS/R式中:ΔG为吸附的标准自由能改变量,kJ・mol-1; R为气体摩尔常数;T为绝对温度,K;K d为吸附热力学平衡常数;ΔH为标准吸附热,kJ・mol-1;ΔS为吸附的标准熵变值,J・mol-1・K-1.2 结果与讨论2.1 pH值对活性炭吸附镉的影响图1中2条虚线分别表示理想溶液中Cd2+和Cd(OH)+这2种物质与总镉的数量比例随p H值的变化[3].随p H值增大,Cd(OH)+比例逐渐增多,溶质的平均电荷密度减小.提高p H值也使得活性炭表面的负电性增大.活性炭与镉之间静电引力的变化主要看这2种变化哪一种占主导.图1中去除率在p H=2～7范围内随p H值增大而增大;在p H=4～6范围内的变化很快,曲线陡峭,p H=4及p H=6对应的去除率分别约为19.8%和80%.表面氧化的作用主要是增加活性炭表面含氧官能团的数量.有研究认为活性炭表面羧基的水解常数p Ka=3～6,增大p H值可促进羧基的水解,提高表面电负性,增大镉与活性炭之间的静电引力,强化活性炭的表面官能团与镉的络合作用.2.2 离子强度对吸附的影响考察离子强度对活性炭吸附镉的影响.KNO3离子强度I分别为0.001,0.010,0.100mol・L-1时(图2),随KNO3浓度的增加,活性炭的吸附作用逐渐减弱.镉初始浓度为4.5μmol・L-1,Freundlich公式拟合25℃3种离子强度下的吸附曲线为905 第4期黄 鑫,等:改性活性炭对镉的吸附研究 log q t =1.1569+1.413log c e ,R 2=0.9964log q t =1.1587+1.652log c e ,R 2=0.9971log q t =1.5751+5.857log c e ,R 2=0.7718图1 pH 对活性炭吸附镉的影响Fig.1 Sorption eff iciency of cadmium on modif iedgranular activ ated carbon at different pH v alu es其中,R 2为回归常数.在I =0.001,0.010mol ・L -12种溶液中,活性炭吸附性能相差不大,且都可以用Freundlich 公式拟合,线性良好.I =0.100mol ・L -1时吸附性能急剧下降.离子强度对于活性炭吸附镉有一定的阻碍作用.Y oussef A M 等人在活性炭吸附镉的试验中添加氯化钠,也得到类似结果[9].图2 离子强度对活性炭吸附镉的影响Fig.2 E ffect of ionic strength on removal of cadmium2.3 时间对吸附的影响在活性炭质量浓度为1.5g ・L -1,c 0=55～60μmol ・L -1,p H =6.0的条件下,4个温度的吸附在1500min (约1d )左右基本可以达到平衡(如图3).前10h 的吸附量占平衡吸附量的比率约为30%.吸附过程较为缓慢.推测在吸附初期,孔内扩散作用控制反应速率.图3 不同温度下活性炭对镉的吸附动力学曲线Fig.3 E ffect of sorption time on removal of cadmiumat different temperatures 图4显示粒子内扩散模型对吸附动态曲线的拟合情况.由图可见,在0～225min 范围内,温度为293K 和298K 的对应曲线呈线性;而308K 和315K 2个温度下对应曲线的线性范围更宽,约为0～600min.随着吸附达到一定时间,粒子内扩散模型不再适用于镉的吸附过程.这可能由于随吸附量的增加,空间位阻作用与炭表面的静电斥力作用增强,使得孔内扩散阻力增加所致.图4 镉在活性炭上吸附的粒子内扩散模型拟合Fig.4 Intraparticle diffusion plots for cadmiumadsorption on modif ied G AC 3种模型的拟合情况见表1.k d 是基于最初的线性范围计算出的值.从相关系数上看,一级反应方程的拟合效果不如二级反应方程.有文献指出,由于一级反应需要估算平衡吸附容量q e 值,对于吸附较慢的过程不能准确计算,常常只适用于吸附的初期[8].二级反应方程可较好地对反应进行拟合,相关系数在0.97以上,计算出的平衡吸附容量与试验所得相吻合.说明活性炭吸附镉的过程主要受化学作用所控制,而不受物质传输步骤控制[7-8].15 同济大学学报(自然科学版)第36卷 表1 动力学模型拟合参数T ab.1 First2order,second2order and intraparticle diffusion rate constantsT/K一级反应方程拟合k1/(10-3min-1)R2二级反应方程拟合q e/(μmol・g-1)v0/(μmol・g-1・min-1)R2内扩散模型拟合k d/(μmol・g-1・min-1/2)R2293 2.460.90618.830.04400.999 1.4210.989 298 1.530.98516.670.02890.999 1.1860.983 308 1.160.91512.790.02120.9740.2370.995 315 1.460.98422.680.04790.9940.4810.999 注:内扩散模型只对线性部分进行拟合. 图3以及表1的计算都显示,温度从273K升高至315K时,平衡吸附容量先降低再升高.在308 K时达到最低值12.79μmol・g-1,315K时达到最高值22.68μmol・g-1.二级动力学方程的v0,一级动力学方程的k1和粒子内扩散模型中的k d都有相似的趋势,即随温度的升高先降低再升高.这反映活性炭吸附镉的多种机理并存.推测在以物理吸附为主导的阶段,提高温度使平衡吸附容量降低.当温度达到308K左右时,静电力与离子交换作用等物理吸附作用减弱,温度进一步提高后化学反应增强并占主导,使得吸附速度与容量都增大.2.4 吸附等温线如图5所示,同一温度下活性炭的吸附容量随初始浓度的提高而提高,到一定程度后达到饱和吸附量.当浓度较低时,4条曲线相隔较近.当浓度大于50μmol・L-1时,在293～315K的温度范围内,活性炭对镉的吸附容量先下降后上升,在308K左右达到谷底,然后上升.该趋势与吸附动力学曲线类似(见图3).将曲线用经典的Langmuir和Freundlich 模型进行拟合,结果见表2.图5 活性炭对镉的吸附等温线Fig.5 C admium adsorption isotherms of modif iedgranular activated carbon表2 Freundlich与Langmuir方程的拟合参数T ab.2 Freundlich equ ation and Langmuir equ ation constantT/KFreundlich方程拟合1/n K f/(μmol・g-1)R2Langmuir方程拟合q m/(μmol・g-1)b/(L・μmol-1)R22930.568 2.3960.93851.020.031860.967 2980.622 1.6470.97542.920.035530.962 3080.506 1.6890.94724.510.054150.998 3150.604 1.4320.94931.060.055460.996 计算结果表明,实验温度范围内1/n的值介于0.1～1.0之间,说明该条件下吸附比较容易进行[10].Langmuir方程拟合效果好于Freundlich方程,计算出的平衡吸附容量与实际情况相近.但从表2可见b值的变化是随温度升高而升高,没有体现出随温度升高先降后升的复杂变化.同样K f与n 也不能很好地反映整个吸附过程.由于Langmuir与Freundlich方程是由理想的气态吸附推导而得到,与实际水溶液中的吸附不尽相同.水合镉离子在水溶液中存在不同形式,不同形式的镉与活性炭表面官能团有不同的作用机理.可能由于离子交换、静电引力与表面反应等作用力共存,各种力在温度变化时此消彼长,显现出复杂的表征,同时活性炭表面吸附位不均一,因而很难用简单的宏观吸附模型来描述整个吸附情况.2.5 吸附热力学吸附热力学的研究有助理解吸附本质.用Van’t Hoff方程的关键是平衡吸附常数K d的确定,文献115 第4期黄 鑫,等:改性活性炭对镉的吸附研究 中有多种计算方法.本文根据文献[7,9210],分别用Langmuir与Freundlich方程拟合参数计算K d,同时依据吸附等温线令K d=q e/c e,3种计算方法的结果列于表3.对应的Van’t Hoff方程拟合情况见图6,对应的ln K d-1/T图的线性相关系数分别为R2 =0.935,K d=K n f;R2=0.806,K d=1/n;R2= 0.968,K d=q e/c e.如前所述吸附趋势随温度上升呈现先降后升的现象.但由于数据较少,故未将308 K,315K对应的等温线单独计算,而是统一计算整个293～315K范围内的吸附过程.虽然线性关系不是很好,但可在一定程度上提供信息作参考.比较表3数据,3种方法计算结果较为一致之处是:标准吸附热ΔH比较接近,为(-25.29±3.34)kJ・mol-1;标准吸附熵变ΔS都为负值.ΔH为负值,说明整个温度范围内吸附过程放热.吸附质从溶液中聚集到固体表面是无序到有序的熵减过程,但同时也会将固体表面的水分子释放到溶液中去,该过程是熵增的.系统熵的变化是这2种情况的加和.活性炭表面基团与镉间有多种力存在,离子交换作用只占小部分.这可能是吸附的熵减作用占主导的主要原因. Von Open B等人测定了各种作用力引起的吸附热的范围为:范德华力4～10kJ・mol-1,疏水键力约为5kJ・mol-1,氢键力2～40kJ・mol-1,配位基交换约为40kJ・mol-1,偶极间作用力2～29kJ・mol-1,化学键力大于60kJ・mol-1[11].实验中吸附热的计算值为25.29kJ・mol-1,可以判断改性活性炭与溶液中镉的作用是氢键力和偶极作用力占主导.图4中吸附易受离子强度影响说明作用力为非强键力(配位基交换与化合键力),也侧面支持了上述观点.此外,根据Freundlich和Langmuir方程参数计算得到的ΔG在所有温度范围内均为负值,说明活性炭吸附镉是自发的过程,与实际情况一致.按照K d=q e/ c e计算得到的ΔG与前二者相差较大,并且Van’t Hoff方程线性拟合系数只有0.806左右.说明用该方法并不能很好地反映本实验中的吸附过程.表3 活性炭吸附镉的热力学函数T ab.3 Thermodynamic parameters of the cadmium adsorption on modif iedgranular activated carbon at different tem peraturesK d计算方法T/K K dΔG/(kJ・mol-1)ΔS/(J・mol-1・K-1)ΔH/(kJ・mol-1)K d=K n[10]f 293 4.66-3.54298 3.01-3.14308 2.82-2.33315 1.81-1.77-80.71-27.19K d=1/b[9]29331.39-8.3929828.15-8.1730818.47-7.7331518.03-7.41-44.52-21.44K d=q e/c e[7]2930.142 4.862980.119 5.413080.059 6.513150.0757.21-109.6-27.25图6 V an’t H off方程拟合活性炭对镉的吸附Fig.6 V an’t H off plot for the cadmium adsorptionon activated carbon3 结论(1)表面氧化改性活性炭除镉效果良好.增大p H值可显著提高去除率,离子强度对吸附过程有一定的阻碍作用.(2)二级动力学方程可很好地描述吸附动态曲线.孔内扩散模型与一级动力学方程均只适用于吸附初期.(3)热力学计算表明标准吸附热约为-25.29kJ・mol-1,整个温度范围内吸附是自发的放热过程.活性炭吸附镉存在多种机理,既有离子交换、表面络215 同济大学学报(自然科学版)第36卷 合等物理吸附,又有化学反应.随温度变化各种力的大小也发生变化.参考文献:[1] 夏汉平.土壤2植物系统中的镉研究进展[J].应用与环境生物学报,1997,3(3):289. 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2.活性炭吸附水中镉的条件研究
活性炭吸附镉的效果受到多个条件的影响： 镉溶液的浓度 吸附环境酸碱度 活性炭用量 活性炭改性方式
总结制备活性炭的最佳方法，及最佳吸附条件。
实验方案
秸秆 活化剂活化 马弗炉焙烧 研磨 筛分 活性炭
不同浓度梯度 镉溶液
不同酸碱度
活性炭
对活性炭不 同方式改性 不同的活性炭 用量
吸附镉溶液
对吸附后残液进行表征
最佳条件
感谢各位老师批评指正
东北林业大学理学院毕业论文开题
秸秆活性炭对水中重金属吸附研究
指导教师：史书杰 学生：王韧
目录
研究背景及意义 研究内容 实验方案
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秸秆 秸秆
焚烧
ห้องสมุดไป่ตู้活性炭
污染环境
经济效益
谈“镉”色变 痛痛病 镉超标
1.制备活性炭条件筛选
活化剂的筛选：碳酸钠，氯化锌，磷酸。在相同浸渍比 和活化时间下进行实验，测秸秆活性炭产率。 浸渍质量比影响：固定活化时间为8分钟，改变磷酸的 用量，测秸秆活性炭的产率。 活化时间的影响：固定秸秆与磷酸的浸渍质量比为1:1， 改变活化时间，测秸秆活性炭的产率。 马弗炉焙烧时间影响：其他条件一定，更改马弗炉焙烧 秸秆的时间，测秸秆活性炭产率。 马弗炉焙烧温度影响：其他条件一定，在不同温度下焙 烧秸秆，测秸秆活性炭产率。