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3. 2 温度对吸附的影响
对于多数吸附材料而言,温度是重要的影响因素。当吸附为吸热反应时,随着温度升高吸附率增加,但超过一定温度会使吸附材料的结构发生变化,从而破坏重金属离子与吸附材料络合稳定性,导致吸附率下降;反之,当吸附为放热反应时,随着温度升高吸附率降低。Zabihi 等研究19、29、39℃下Hg2+ 浓度随时间的变化,表明随着温度的升高,活性炭表面用于吸附的活性中心增加,内扩散进程加快致使Hg2+ 浓度下降,随着温度升高吸附率增加,但不同温度下Hg2+ 浓度达到平衡的时间基本不变。
3. 3 浓度对吸附的影响
当重金属离子浓度较低,吸附材料表面的初始吸附位点较多时,吸附率较高;随着离子浓度升高,吸附位点相对越来越少,离子之间竞争吸附位点,导致去除率下降。Huseyin 等研究Cd2+浓度变化对活性炭吸附效果的影响,随着Cd2+ 浓度增大,吸附率下降而单位吸附剂的吸附量增加,这与活性炭表面的活性位点的数量与结合Cd2+ 的能力有关。
3. 4 投加量对吸附的影响
活性炭投加量在一定程度上决定重金属离子的吸附量。随着投加量的增大,重金属离子去除率增加。Masood 等制备尼姆树基活性炭吸附Ni2+ ,随着活性炭投加量增加,Ni2+ 的去除率显著增加。这是因为当溶液中重金属离子浓度一定时,随着投加量的增大,与重金属离子结合的活性位点增多,去除率增加,溶液中重金属离子浓度减少。
3. 5 吸附时间对吸附的影响
活性炭对重金属离子的吸附需要一定的时间,当达到动态平衡时,吸附量基本保持稳定。佟雪娇制备花生秸秆炭和油菜秸秆炭吸附酸性电镀废水中的Cu2+ ,发现Cu2+ 的去除率随着反应时间的延长而迅速增大,8h 基本达到平衡,其后去除率增加很小。
3. 6 共存离子对吸附的影响
重金属废水中不可避免地共存着一些其他离子( Na+、K+、Ca2+ 等) ,当这些离子达到一定浓度并继续增大时,重金属离子吸附量随之降低,这可能与离子间竞争结合活性位点,以及重金属离子有效浓度降低有关。张蕊用稻壳基活性炭吸附含Cu2+、Zn2+、Cd2+ 混合溶液,发现不同离子吸附量并不相同,而是按照Cu2+> Cd2+>Zn2+ 顺序,说明活性炭对重金属离子的吸附具有选择性。
四、理化性质对吸附影响
活性炭表面的理化性质对重金属离子的吸附性能影响很大。Zhang 等通过一系列物理、化学活化法制备甘蔗渣基活性炭,提出Pb2+ 的吸附量关于比表面积、平均孔径、杂原子N、S、O、H 浓度和灰分的浓度的模型。模型表明,增加比表面积和孔径有利于Pb2+ 的吸附,同时杂原子O、H 的存在赋予活性炭表面的酸性特征有利于低浓度、低pH 环境Pb2+ 的去除。此经验模型为选择合适的前驱体、优化制备条件吸附Pb2+ 提供参考,但具有一定的局限性。如果能够建立吸附量与活性炭的理化性质的直接函数关系,通过优化制备工艺,改善表面理化特性,能够显著提高活性炭对重金属离子的吸附能力。
五、结 语
天然生物质材料主要成分为有机高分子,是炭质材料的重要前驱体,不仅数量巨大、污染小、可再生,而且本身具有丰富的活性官能团。制成活性炭后这些活性功能团仍可部分保留,赋予其表面亲水性,通过物理、化学作用,选择性地吸附溶液中的重金属离子。目前,生物质基活性炭吸附废水中重金属离子的技术仍处在实验研究阶段,如何通过优化制备工艺,充分利用活性炭表面的理化性质,进一步提高对重金属离子的吸附性能仍有待于深入研究。今后的研究重点是以实际废水为对象,深入研究吸附过程机理,探索最佳吸附工艺条件,以及在复杂废水环境中生物质基炭的重复利用和再生。在降低运行成本前提下,简化操作程序更好地实现重金属吸附的工业化。
来源:《现代化工》2017年第1期
作者:刘琼,李涛,支娟娟,任保增
单位:郑州大学化工与能源学院,洛阳理工学院环境工程与化学学院
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