表面摻雜改性竹活性炭對(duì)汞離子吸附行為研究.pdf

1、活性炭因其巨大的比表面積和豐富的孔隙結(jié)構(gòu)，被稱為“萬能的吸附劑”[1]，加之原料充足、不溶于水和有機(jī)溶劑、耐酸堿、易再生和無污染等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用在食品、催化、醫(yī)藥、儲(chǔ)能、分離等幾乎所有國民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域。隨著我國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展和由此帶來的環(huán)境問題日益突出，活性炭在工業(yè)三廢治理尤其是重金屬污染廢水治理過程中發(fā)揮著著越來越重要的作用。在重金屬污染源中，汞作為一種特殊的、毒性極強(qiáng)的典型重金屬元素成為廢水治理的重點(diǎn)，也是我國“十二五”生態(tài)環(huán)保工作計(jì)

2、劃的主要內(nèi)容之一。目前我國正處在工業(yè)化和城市化進(jìn)程的快速發(fā)展階段，氯堿、塑料、冶煉、電池等工業(yè)大量含汞廢水的排放不僅造成我國的飲用水源污染，而且廢水中的汞能夠通過蒸發(fā)、沉降等途徑遷移到大氣和土壤中造成大氣污染以及農(nóng)產(chǎn)品污染，又能通過食物鏈進(jìn)入人和動(dòng)物體內(nèi)，對(duì)人體和生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重的危害。因此，如何有效的控制廢水中重金屬汞的排放是當(dāng)前亟需解決的課題。本論文的主要研究內(nèi)容和結(jié)構(gòu)歸納如下:
　　 1.竹活性炭孔隙結(jié)構(gòu)與汞離子吸附性能關(guān)

3、系研究
　　 以購自福建福星炭素科技有限公司（福建省建甌市）的竹活性炭為原料，研究了竹活性炭孔隙結(jié)構(gòu)與其對(duì)液相汞離子吸附性能的關(guān)系。結(jié)果表明:活性炭的孔隙結(jié)構(gòu)是影響汞離子吸附性能的重要因素，而且汞離子吸附性能與活性炭的比表面積和微孔容積具有一定的正相關(guān)性。活性炭的比表面積越大、微孔容積越高，對(duì)溶液中汞離子的吸附性能越強(qiáng)?；钚蕴繉?duì)溶液中汞離子的吸附性能同時(shí)受孔徑分布的影響，根據(jù)汞離子的直徑大小，竹活性炭的微孔和小中孔是主要的吸附活

4、性位，平均孔徑為2nm左右的竹活性炭除汞效率能夠達(dá)到78％以上。
　　 2.竹活性炭吸附液相汞離子單因素試驗(yàn)及吸附動(dòng)力學(xué)研究
　　 采用竹活性炭吸附脫除溶液中的汞離子，研究了溶液pH、汞離子初始濃度、竹活性炭投加量、吸附溫度等因素對(duì)活性炭汞離子吸附性能的影響。結(jié)果表明:(1)竹活性炭吸附溶液中汞離子是一個(gè)吸附與解吸并存的物理吸附過程，是放熱反應(yīng)，低溫利于吸附，20℃條件下竹活性炭的除汞效率比80℃條件下提高32％，且汞飽

5、和吸附容量為其80℃時(shí)的1.5倍。(2)溶液pH是影響活性炭除汞效率的重要指標(biāo)，酸性環(huán)境可明顯提高活性炭的除汞效率，溶液pH為4時(shí)竹活性炭對(duì)溶液中汞離子的吸附性能最強(qiáng)。(3)竹活性炭對(duì)Hg2+的吸附動(dòng)力學(xué)研究表明，Lagergren準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)方程可以很好的擬合活性炭對(duì)液相汞離子的吸附過程，整個(gè)過程由兩步控制:Hg2+在溶液中向活性表面擴(kuò)散并且在活性炭表面活性位吸附的過程，此階段吸附速度較快;Hg2+經(jīng)由活性炭大孔進(jìn)入中孔和微孔與內(nèi)部吸

6、附活性位結(jié)合的過程，此階段吸附速度緩慢。
　　 3.摻雜改性竹活性炭對(duì)汞離子吸附性能研究
　　 為進(jìn)一步提高竹活性炭對(duì)液相汞離子的吸附性能，采用溴化鉀(KBr)、碘化鉀(KI)和硫磺(S)對(duì)竹活性炭進(jìn)行改性，利用電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀測定濾液中汞離子濃度，用除汞效率和吸附容量評(píng)價(jià)活性炭對(duì)液相汞離子的吸附性能，探討其吸附機(jī)理。結(jié)果表明:摻雜改性后的竹活性炭比表面積略有降低，而除汞效率和汞吸附容量提高，說明化學(xué)吸附在吸附

7、過程中起主要作用。與改性前的竹活性炭相比，經(jīng)KBr、KI和S摻雜改性處理后的竹活性炭除汞效率和吸附容量都有不同程度的增加，其中S-KBr-AC對(duì)汞離子的吸附性能最強(qiáng)，除汞效率達(dá)96.6％，吸附容量2.898mg/g，約為改性前竹活性炭的1.31倍，處理后的廢水達(dá)到國家排放標(biāo)準(zhǔn)。通過對(duì)活性炭改性處理，增強(qiáng)對(duì)汞離子的物理化學(xué)聯(lián)合吸附作用，獲得了高效吸附廢水中汞離子的竹活性炭材料，同時(shí)對(duì)于脫除廢水中的鉻、鎘、鉛、砷等重金屬離子具有重要的參考意