活性炭在水处理中的应用

活性炭的应用实验
摘要：吸附过程在给水与废水处理方面有很多应用。

活性炭的微孔结构发达，
吸附能力优良，是使用最广泛，也较为经济的吸附剂。

活性炭不仅对有机物或无机物，对离子型或非离子型物质都具有一定的吸附能力，而且活性炭表面还能起接触催化作用。

因此，活性炭广泛应用于国民经济各个部门，本文主要讲述在工业中的应用方面的实验。

关键词：活性炭，废水；
1 概述
活性炭依其原料不同、生产工艺不同，而有不同的吸附性能。

使用简易的活性炭选型方法，可以减少应用测试时的备选炭型，从而大大降低活性炭水处理技术的运行成本。

活性炭是一种具有发达孔隙结构的吸附剂，被广泛应用于气体液体的分离精制、资源回收等各个方面，特别是在环境保护领域有着广阔的发展空间。

活性炭技术在我国的应用已经有相当长的历史，随着人口的增长以及工农业的发展，对于活性炭的需求量也一直在增加（图1）。

图1 活性炭需求
2 对含油废水的处理
用活性炭作为吸附过滤材料，对含油废水进行处理，找出COD、油类、悬浮物三项指标的去除率与外界条件的变化关系，以达到有效地回收表面浮油，处理乳化油，实现污水达标排放的目的。

其中COD的去除率都在90 %以上，油类的去除率都在88 %以上。

2.1 油类污染的危害
（1）恶化水质，危害水产资源和饮用水源。

浮油极易扩散成油膜，覆盖在水体表面，因而会使水面缺氧，产生恶臭，导致水生生物缺氧窒息而死亡。

（2）危害人体健康。

油类和它的分解产物中，存在着多种有毒物质（如苯及其他多环芳烃），这些物质在水体中被水生生物摄取、吸收、富集，造成水生生物畸变。

（3）污染大气。

在水中以油膜形式浮在水面，表面积极大，在各种自然因素作用下，其中一部分组分和分解产物就挥发进入大气，污染和毒化水体上空和周围的大气环境。

（4）影响自然景观。

油类在水体中由于自然力或人为作用，会形成乳化体，这些乳化体常会相互聚成油湿团块或粘附在水体中的固体漂浮物上，形成所谓的油疙瘩，形成大片黑褐色的固体块，使自然景观遭到破坏。

2.2 实验设计
2.2.1 废水分析
含油废水取于西南科技大学校办工厂机械加工时产生的废水，分析如表1所示。

pH 悬浮物/（g·L-1）油类含量/（g·L-1）COD/（g·L-1）
7.3 2.53 3.31 56.76
表1 含油废水含量
2.2.2 实验准备
实验试剂：硫酸，氢氧化钠，石油醚（沸程30~60℃）重蒸馏后可重复使用，活性炭。

实验仪器：pH 试纸，pH 复合电极，温度计，玻璃棒，500 mL 烧杯若干。

2.2.3 物理吸附流程
图2 物理吸附流程图示
2.3 粉末活性炭与颗粒活性炭的对比
类型
悬浮物/（g ·L -1） 含油量/（g ·L -1） COD/（g ·L -1） 原水
出水 去除 原水 出水 去除 原水 出水 去除 粉末 2.53 0.11 95.86 3.31 0.38 88.42 56.76 0.45 99.21 颗粒
2.53
0.83
67.46
3.31
4.37
88.32
56.76
1.04
98.22
表2 去除效果对比
从表2可以发现，粉末活性炭和颗粒活性炭在处理含油废水的某些污染物指标方面差别很大。

其原因主要是粒径的影响。

活性炭是多空状物质，在物理吸附
过程中粒径越小，其去除效率越高；但粉末活性炭必须使用砂漏才能与水分离，在实际过程中，寻找替代物比较重要。

3 对镉离子吸附性能的研究
通过活性炭纤维对镉离子的吸附实验，研究了活性炭纤维对镉离子的吸附性能，探讨了在静态条件下，活性炭纤维的质量，溶液的初始浓度，吸附时间，体系的pH 值对活性炭纤维吸附性能的影响。

3.1 基本情况
镉作为原料或催化剂用于生产电池、塑料、颜料和试剂，还可作为生产不锈钢、合金、电视机荧光屏等的原料，另外镉还是原子核反应堆中控制棒的材料之一。

镉的广泛应用，使重金属镉进入到生态环境中，含镉废水污染环境，危害植物，动物和人类。

废水中镉的去除有膜分离法，离子交换法，化学沉淀法和吸附法等。

活性炭纤维具有较大的吸附容量和更快的吸附动力学性能。

本实验正是利用活性炭纤维的优点，通过它对镉离子静态吸附实验，探讨利用活性炭纤维吸附镉离子的可行性。

3.2 实验准备
主要仪器：分光光度计，7200 型，尤尼科（上海）仪器有限公司。

主要试剂：活性炭纤维，南通森友公司生产；氯化镉，上海亭新化工试剂厂生产，分析纯。

3.3 标准曲线绘制
取6个100mL 的容量瓶，分别加入镉离子浓度为1 mg/L 的氯化镉溶液 0.0，2.0，4.0，6.0，8.0，10.0mL ，加水定容到100 mL ，混匀，再分别加入0.05%的达旦黄2 mL ，吐温 80（1︰80）2 mL ，0.01%的抗坏血酸0.5 mL ，0.5 mol/L 的
氢氧化钠2 mL ，摇匀，分别测其吸光度A ，绘制标准曲线。

图3 氯化镉标准曲线
3.4 结果
3.4.1 不同碳纤维量对吸附的影响
从图4可以看出，氯化镉溶液浓度相同时，随着活性炭纤维质量的增加，吸附百分数升高。

活性炭纤维质量为0.2g 时，对氯化镉溶液的吸附量为85%，说明活性炭纤维的吸附能力较强。

图4 不同碳纤维量的吸附
3.4.2 不同氯化镉的吸附
从图5可以看出，活性炭纤维的的吸附量随氯化镉溶液浓度的升高而增加，最后达平衡，吸附量不再变化。

图5 不同氯化镉的吸附
3.4.3 不同振荡时间的静态吸附
从图6可以看出，随着吸附时间的延长，活性炭纤维对氯化镉的吸附百分数升高。

当吸附90min 后，吸附百分数变化很小，说明活性炭纤维的吸附达到饱和，吸附趋向平衡。

图6 不同振荡时间的静态吸附
3.5 结论
实验发现活性炭纤维对镉离子有较强的吸附性能，吸附率最高达85%。

在所选择的条件范围内，活性炭纤维最佳质量为0.2 g ，溶液的最佳初始浓度为200 mg/L ，最佳吸附时间为90 min 。

参考文献
[1]顾夏声,胡洪营.水处理化学（第四版）.中国建筑工业出版社,北京,1999
[ 2] 周久锐 1焦炭处理含油废水效果研究 [ J] 1贵州师范大学学报 (自然科学版 ) , 1999( 2) : 25- 311
[ 3] 李金聚 1长铝公司含油废水处理工艺 [ J] 1工业水处理, 2002( 2): 26- 401 [ 4] 袁惠民 1 含油废水处理方法 [ J] 1 化工环保, 1998( 3): 60-90 1
[ 5]顾国维，陈祖奇.活性炭纤维及其在环境中的应用[J].四川化学，2000，19（1）：23-26. [ 6]邓娟利， 胡小玲， 管萍， 曾盛， 赵亚梅， 王广东．膜分离技术及其在重金属废水处理中的应用[J].材料导报，2005，19(2)：23-26．
[ 7]张德强， 康海彦， 杨莉丽， 李娜， 高丽荣．离子交换树脂吸附 Cd(Ⅱ)和 Pb(Ⅱ)的研究[J]. 环境科学与技术，2003， 26（s1)：4-5．
[ 8]谭浩强，吴维，刘志滨，何文杰，韩宏大，马越. 化学沉淀法去除水中镉的特性研究[J]. 供水技术，2010，4（4）：9-11.
[ 9]何慧军，杨春平，罗胜联，郑颖，刘莉华．改性污泥活性炭对水中镉离子的吸附性能[J].环境工程学报，2012，6(11)：4034-4040.。