活性炭对水中亚甲基蓝的吸附性能研究

活性炭对水中亚甲基蓝的吸附性能研究

随着工业化进程的加快，水污染问题日益严重，严重影响了生态环境及人

类健康，有效地治理水污染已成为环保工作者关注的热点。

染料废水因其组分复杂，有机毒物含量大，色度高，难生物降解，抗光解、抗氧化性强，具有致癌、致畸、致突变等“三致”毒性，给环境带来了严重污染。

亚甲基蓝是水溶性偶氮染料的代表性化合物，含这类染料的印染废水排放

量大，污染性强，难生物降解。目前国内外在染料废水处理上常用的方法有吸

附法、混凝沉淀法、膜分离技术、磁分离技术、电化学法、化学氧化法、光催

化降解法、微生物处理法等，与其他处理方法相比，吸附法具有工艺简单、可

操作性强、吸附剂种类多，不产生二次污染物等优点，成为处理污水中难生物

降解污染物的有效方法。

活性炭是一种具有类石墨微晶结构的炭材料，是利用含碳原料经过炭化活

化后得到的产品，具有高比表面积、丰富的孔隙结构、较强的吸附能力、多样

的表面化学性质等特性，是处理废气，含染料、重金属、非金属等废水的优良

吸附剂，广泛应用于化工、医药、环保、食品等领域。

本实验探讨了吸附剂用量、吸附时间、温度等反应条件对活性炭吸附亚甲

基蓝性能的影响，得到吸附过程的最佳条件，并对活性炭的吸附机理进行了分析，为含亚甲基蓝染料废水的治理提供一定的依据。

1 实验

1． 1 试剂与仪器

本实验使用的试剂为活性炭，亚甲基蓝，实验用水为超纯水。台式恒温振

荡器，紫外可见分光光度计，分析天平。

1． 2 实验方法

称取一定量活性炭加入装有150mLMB 溶液的锥形瓶中，然后放入恒温振

荡器中，在一定温度下振荡吸附一段时间，振荡转速为250 r/min，振荡结束后

用0.45μm 的滤膜过滤，然后使用紫外-可见分光光度计( 吸收波长为668 nm) 测定滤液中MB 的吸光度，最后根据MB 溶液标准曲线计算出滤液中

MB 的浓度。

活性炭对MB 的去除率、吸附量可由以下公式计算:

(1)

(2)

式中: A 为活性炭对MB 的去除率; ρ0，ρe分别为MB溶液的初始质量浓度和吸附平衡时的质量浓度，mg /L; qe为吸附平衡时活性炭对MB 的吸附量，

mg /g; m 为活性炭的用量，mg; V 为亚甲基蓝溶液的体积，mL。

2 结果与讨论

2． 1 活性炭用量对MB 去除率的影响

量取150 mL 质量浓度为100 mg /L 的MB 溶液6 份，分别加入25， 50，75，100，125， 150 mg 活性炭在常温条件下反应6 h。

活性炭用量与MB 去除率的关系如图1 所示，随着用量的增加，活性炭对MB 的去除率不断增加。

当活性炭用量大于100 mg 时，其对亚甲基蓝的去除率趋于稳定，去除率达到98% 以上。因此，MB 初始质量浓度为100 mg /L 时，合理的活性炭质量浓度为0.667g /L。

2． 2 吸附时间对活性炭去除MB 的影响

量取150 mL 质量浓度为100， 200 mg /L 的MB溶液各9 份，分别加入100 mg 活性炭后放入恒温振荡器在常温下进行振荡吸附，吸附时间分别为5，15，30，60，120，180，360，540，720 min。

活性炭对MB 的吸附量随时间的变化曲线如图2 所示，吸附量随着反应时间的增加而增加，并且在不同初始质量浓度下，活性炭吸附MB 的时间曲线形状相似。

在反应后的30 min 内，吸附速率很快，吸附量急剧增加，当吸附时间达到360 min 时，活性炭对MB 的吸附量基本趋于稳定。吸附时间曲线说明，在其他反应条件固定时，活性炭吸附亚甲基蓝的最优反应时间为360 min。

2． 3 温度对对活性炭吸附MB 的影响

量取150 mL 初始质量浓度分别为100，120，140，160， 180，200 mg /L 的MB 溶液各4 份，分别加入100 mg 活性炭后在温度为298，308，318，328 K 下进行振荡吸附360 min。

如图3 所示，不同温度下活性炭对亚甲基蓝的吸附量不同，随着反应温度的升高，活性炭对MB 的吸附量逐渐减小。可知活性炭对MB 的吸附反应为放热反应。

2． 4 吸附动力学分析

吸附动力学研究主要是用来描述吸附剂吸附溶质的速率快慢，通过动力学

模型对吸附实验数据进行拟合，从而探讨其吸附机理。

常见的吸附动力学方程包括伪一级动力学方程、伪二级动力学方程和颗粒

内扩散方程。本实验采用伪一级和伪二级模型对吸附动力学实验数据进行拟合。伪一级动力学方程可以用下式表示:

ln( q e-q t) = ln q e－ k1 t (3)

式中: t 为吸附时间，min; q e和q t分别为吸附平衡时及t 时刻的吸附剂对

吸附质的吸附量，mg /g; k1为伪一级动力学模型的吸附速率常数，min － 1。以ln( q e q t) 对t 作图得到直线，通过直线的斜率和截距可以计算出参数k1和

qe的值。伪二级动力学方程可以用下式表示:

式中: k2为伪二级动力学模型的吸附速率常数，g /( mg·min) ，其他与式( 3) 相同。以t /qt对t 作图得到直线，通过直线的斜率和截距可以计算出参数

q e和k2的值。

分别采用伪一级和伪二级动力学方程对活性炭吸附MB 实验数据进行线性拟合，结果如图4、表1所示。

由拟合结果可知，通过伪二级动力学方程拟合得到的相关系数为1，理论吸附量与实际吸附量十分接近。可知伪二级动力学模型对实验数据的拟合结果更为理想，活性炭对亚甲基蓝的吸附过程完全符合伪二级动力学模型。

2． 5 吸附等温线分析

吸附等温线用于描述吸附剂对吸附质的吸附特性。常用的吸附等温线模型有3 种，分别是Langmuir，Freundlich 和Temkin 等温吸附方程。