環(huán)境化學(xué)實驗(曲師)

1、活性炭吸附染料廢水實驗1.實驗?zāi)康模ㄖ灰笞鲩g歇法，連續(xù)法的內(nèi)容不用管！）了解活性炭的吸附工藝及性能掌握用實驗方法(間歇法)確定活性炭吸附處理污水的設(shè)計參數(shù)的方法。2實驗裝置及材料(1)間歇式活性炭吸附裝置 間歇式吸附用三角燒杯，在燒杯內(nèi)放入活性炭和水樣進行振蕩。(2)連續(xù)式活性炭吸附裝置 連續(xù)式吸附采用有機玻璃柱D25mm×1000mm，柱內(nèi)500750mm高烘干的活性炭，上、下兩端均用單孔橡皮塞封牢。各柱下端設(shè)取樣口。裝置具體結(jié)構(gòu)如圖410所示。(3)間歇與連續(xù)流實驗所需的實驗器材振蕩器(1臺)。有機玻璃柱(3根D25mm×1000mm)活性炭。三角燒瓶(2個，500m

2、L)COD測定裝置。配水及投配系統(tǒng)。酸度計(1臺)。溫度計(1只)。漏斗(6個)。定量濾紙。3.實驗步驟(1)間歇式吸附實驗將活性炭放在蒸餾水中浸泡24h，然后在10 5烘箱內(nèi)烘24h，再將烘干的活性炭研碎成能通過270目的篩子(0.053mm孔眼)的粉狀活性炭。測定預(yù)先配制的廢水水溫、pH值和COD。在5個三角燒瓶中分別加入100mg、200mg、300mg、400mg、500mg粉狀活性炭。在每個燒瓶中分別加入同體積的廢水進行攪拌。一般規(guī)定，燒瓶中廢水COD(mgL)與活性炭濃度(mg/L)比值為0.55.0。將上述5個三角燒瓶放在振蕩器上振蕩，當(dāng)達到吸附平衡時即可停止。（振蕩時間一般為3

3、0min以上)。過濾各三角燒瓶中廢水，并測定COD值， 上述原始資料和測定結(jié)果記入表411。(2)連續(xù)流吸附實驗 配制水樣或取自實際廢水，使原水樣中含COD約l00mg/L，測出具體的COD，pH值、水溫等數(shù)值。 打開進水閥門，使原水進入活性炭柱，并控制為3個不同的流量(建議濾速分別為5 mh， l 0 mh， 15 mh) 運行穩(wěn)定5min后測定各活性炭出水COD值。 連續(xù)運行23h，每隔30min取樣測定各活性炭柱出水COD值一次。 將原始資料和測定結(jié)果記人表412。 4實驗相關(guān)知識點 活性炭具有良好的吸附性能和穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì)，是目前國內(nèi)外應(yīng)用比較多的一種非極性吸附劑。與其他吸附劑相比，活

4、性炭具有微孔發(fā)達、比表面積大的特點。通常比表面積可以達到500一1700m2g，這是其吸附能力強，吸附容量大的主要原因。 活性炭吸附主要為物理吸附。吸附機理是活性炭表面的分子受到不平衡的力，而使其他分子吸附于其表面上。當(dāng)活性炭在溶液中的吸附處于動態(tài)平衡狀態(tài)時稱為吸附平衡，達到平衡時，單位活性炭所吸附的物質(zhì)的量稱為平衡吸附量。在一定的吸附體系中，平衡吸附量是吸附質(zhì)濃度和溫度的函數(shù)。為了確定活性炭對某種物質(zhì)的吸附能力，需進行吸附試驗。當(dāng)被吸附物質(zhì)在溶液中的濃度和在活性炭表面的濃度均不再變化，此時被吸附物質(zhì)在溶液中的濃度稱為平衡濃度?；钚蕴康奈侥芰σ晕搅縬表示，即 (4-8)式中 q一一活性炭吸

5、附量，即單位質(zhì)量的吸附劑所吸附的物質(zhì)量，gg； V污水體積，L； c0，c分別為吸附前原水及吸附平衡時污水中的物質(zhì)的濃度，gL m活性炭投加量，g。 在溫度一定的條件下，活性炭的吸附量q與吸附平衡時的濃度c之間關(guān)系曲線稱為吸附等溫線。在水處理工藝中，通常用的等溫線有Langmuir和Freundlich等。其中Freundlich等溫線的數(shù)學(xué)表達式為q=Kc1/n (4-9)式中 K與吸附劑比表面積、溫度和吸附質(zhì)等有關(guān)的系數(shù)； n與溫度、pH值、吸附劑及被吸附物質(zhì)的性質(zhì)有關(guān)的常數(shù)； g，c同前。 K和n可通過問歇式活性炭吸附實驗測得。將上式取對數(shù)后變換為 (4-10)將g和c相應(yīng)值繪在雙對數(shù)坐

6、標(biāo)上，所得直線斜率為1/n，截距為K。 由于間歇式靜態(tài)吸附法處理能力低，設(shè)備多，故在工程中多采用活性炭進行連續(xù)吸附操作。連續(xù)流活性炭吸附性能可用博哈特(Bokart)和亞當(dāng)斯(Adams)關(guān)系式表達，即 (4-11)因exp(KN0H/v)1，所以上式等號右邊括號內(nèi)的l可忽暗不計，則工作時間t由上式可得(4-12)式中 t工作時間，h； v一流速，即空塔速度，mh； H一一活性炭層高度，m； K速度常數(shù)，m3(mgh)或L(mgh)； N0一一吸附容量，即達到飽和時被吸附物質(zhì)的吸附量，mg/L； c0入流溶質(zhì)濃度，molm3或(mgL)； cB允許流出溶質(zhì)濃度，molm3或(mgL)。 在工作

7、時間為零的時候，能保持出流溶質(zhì)濃度不超過cB的炭層理論高度稱為活性炭層的臨界高度Ho。其值可根據(jù)上述方程當(dāng)t0時進行計算，即 (4-13) 在實驗時，如果取工作時間為t，原水樣溶質(zhì)濃度為col，用三個活性炭柱串聯(lián)(見圖4l0)，第一個柱子出水為cB1，即為第二個活性炭柱的進水c02：，第二個活性炭柱的出水為cB2，就是第三個活性炭柱的進水c03，由各柱不同的進出水濃度可求出流速常數(shù)K值及吸附容量N。 5實驗數(shù)據(jù)及結(jié)果整理 (1)間歇式吸附實驗 根據(jù)表411記錄的數(shù)據(jù)以lg(c0-c)/m為縱坐標(biāo)，lgcB為橫坐標(biāo)，得出Freundlich(費蘭德利希)吸附等溫線圖，該線的截距為lgK，斜率為1

8、/n?；蚶胵、c相應(yīng)數(shù)據(jù)和式(49)經(jīng)回歸分析，求出K、n值。 求出K、n值代入Freundlich吸附等溫線，則 (4-14)圖4-10 活性炭柱串聯(lián)工作圖表411 間歇式吸附實驗記錄表2)連續(xù)流吸附實驗實驗測定結(jié)果按表412填寫。原水COD濃度c0 mg/L，水溫 ，pH值 ，活性炭吸附容量No gg活性炭。表412 連續(xù)流吸附實驗記錄表 由表412中所得tH直線關(guān)系的截距，即為式(412)中的應(yīng)用關(guān)系式求出K值。然后推算出的10mg/L時活性炭校的工作時間。 根據(jù)間歇吸附實驗所求得的q即為N0值，把上表的co，V代入下式中求得吸附容量下吸附時間與吸附層高度的關(guān)系為 (4-15) 6注意事項 間歇吸附實驗中所求得的q，如出現(xiàn)負(fù)值，則說明活性炭明顯地吸附了溶劑，此時，應(yīng)調(diào)換活性炭或原水樣。 連續(xù)流吸附實驗中，如果第一個活性炭柱出水中COD值很小，小于20mgL，則