活性炭吸附处理硝基苯酚实验

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,单击此处编辑母版标题样式,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,单击此处编辑母版标题样式,活性炭吸附处理硝基酚废水,水污染控制工程实验,_,实验项目,1,预习提问,实验目的,/,实验原理,;,吸附饱和；动态吸附；静态吸附,?,2,实验目的,了解活性炭吸附法在水处理中的作用与原理,掌握活性炭吸附脱除废水中有机污染物的应用技术,实验原理,硝基酚类化合物常,用作农药、医药、染料等精细化学品的中间体，在工业废水中广泛存在，毒性大、难于生物降解；活性炭是一种具有良好吸附性能和化学稳定性的非极性吸附剂。,本实验运用活性炭吸附方法去除废水中生物难降解的有机污染物，定时测定经过活性炭吸附柱后流出液中硝基酚的浓度，计算活性炭对硝基酚的吸附量。,本实验相关原理知识,1,、吸附法的原理；,2,、活性炭的种类与特点；,3,、活性炭的结构及其吸附原理,.,5,吸附法概述,水处理的吸附法是指利用具有吸附能力的多孔性物质去除水体中微量溶解性杂质的一种处理工艺。,吸附本质,吸附定义： 吸附是一种或几种物质（称为吸附质）在另一种物质（称为吸附剂）表面上自动发生变化（累积或浓集）的过程。,本质,:,是一种相界面上的反应。可以发生在气液界面、气固、液固。水处理吸附,:,液固界面。,(3),吸附剂,(adsorbent) :,固相物质,;,一般为多孔性物质。,吸附质,(adsorbate) :,液相中被吸附物质。,6,吸附现象：,固体表面由于存在着未平衡的分子引力或化学键力，而使所接触的气体或溶质被吸引并保持在固体表面上的现象。,吸附剂特点：有实用价值的吸附剂是比表面积较大的多孔性固体。,活性炭因为具有较大的比表面积而具有较高的吸附能力，可用作吸附剂。,物理吸附：,吸附剂与被吸附物质之间是通过分子间引力,(,即范德华力,),而产生的吸附。,化学吸附：,吸附剂与被吸附物质之间产生化学作用，生成化学键引起的吸附。,离子交换吸附：,一种吸附质的离子，由于静电引力，被吸附在吸附剂表面的带电点上的现象。,吸附作用的原理,液相,固相,分子或原子,吸附,解吸或脱附,吸附剂,吸附质,分子或原子,吸附作用可以发生在各种不同的相界面上。在废水处理中，主要利用固体物质表面对废水中物质的吸附作用。,吸附平衡的建立,吸附过程,8,吸附平衡：,吸附速度,=,解吸速度,即,吸附分子的数量,=,解吸分子的数量,（单位时间）,被吸附物质在溶液中的浓度和在活性炭表面的浓度均不再变化,9,达到吸附平衡时，吸附质在液相中的浓度称为,平衡浓度,(equilibrium concentration),。,吸附容量,(adsorptive capacity),是指单位质量的吸附剂所吸附的吸附质的质量，一般用,q,表示，单位,mg/g,或,g/,g,。,如果用,V,表示废水体积；,C,0,和,C,分别表示吸附前后吸附质的浓度；,W,表示吸附剂的质量，则：,10,外观呈黑色,内部孔隙结构发达（孔隙率，孔径分布）,比表面积大（,500 m,2,/g,以上）,吸附能力强（吸附容量，吸附速度，表面官能团）,机械强度（材质）,颗粒状,粉状,炭毡,炭,雕,活性炭的种类与特点,活性炭的微观结构,活性炭物理结构：,活性炭在结构上由于碳是不规则排列，在交叉连接之间有细孔，由类,似石墨的碳微晶和非结晶体按“螺层形结构”排列，由微晶间的强烈,交联形成发达的微孔结构。造成了活性碳多微孔体积及高表面积的特性。,活性炭的孔结构十分复杂,，范围如下：,大孔：半径为,50,nm,以上,过渡孔（或称介孔、中孔）：半径为,2-,5,0,nm,微孔：半径为,2,nm,以下,表面,某些活性炭的微观形貌,1,m,m,10,m,m,30,m,m,30,m,m,13,引自：,Rie Nonaka et al. /,New Carbon Materials, 2006, 21(4): 289296,14,活性炭的化学结构,表面基团类型,活性炭表面化学性质与活性炭表面的含氧基团有着密切的联系。不同方法生产出的活性炭表面的含氧基团的类别和数量均有不同。研究表明，活性炭表面含氧基团主要有以下几种形式：,活性炭表面含氧基团使活性炭表现出不同的酸碱性质，赋予活性炭弱极性，增强了活性炭的催化性能，改变了活性炭对有机物和无机物的吸附选择性。也就是说，,含氧基团种类以及相对含量直接对活性炭表面的酸碱性、吸附性能、催化性能产生影响,。,羧酸 酸酐 环酯,羟基,羰基,环氧,从表观上说,：决定活性炭吸附能力大小的是,比表面积、,孔结构特点、表面性质和吸附质,的性质,。,从微观机制来看,：活性炭的吸附主要取决于以下作用：,活性炭吸附原理,物理吸附作用,化学吸附作用,微孔填充和毛细凝结作用,物理吸附作用,活性炭的基本微晶是与石墨类似的二维平面结构，排列成六角形的碳原子平行层面，对吸附质有,强烈的范德华力作用,。也包括吸附质与表面某些基团形成,氢键,。,化学吸附作用,在活性炭的微晶结构中有大量不饱和键，大的比表面和丰富的孔结构也使活性炭表面有大量的处于边、棱上的高能量碳原子。这些不饱和键、高能量碳原子都可能成为发生化学吸附的位置。化学吸附是不可逆的。,微孔填充和毛细凝结作用,进入微孔中的吸附质分子受到四方孔壁的叠加作用能，当气体平衡压力（或溶液平衡浓度）不很大时，微孔即可被吸附质完全填满。,在中孔中，在一定的气体平衡压力（或溶液平衡浓度）下被吸附的吸附质形成凹液面，在此凹液面上发生毛细凝结，从而使吸附量急剧增加。,活性炭的微孔容积占总孔容积的很大比例。,（半径为,2,nm,以下）,本实验所需器材和试剂,仪器设备：,活性炭吸附测试系统（电源，布水系统，微型输液泵，电控阀，有机玻璃吸附柱等），紫外可见分光光度计（含石英比色皿），天平,器具：,药匙，烧杯，容量瓶，玻璃棒，,25mL,具塞比色管，滤纸，擦镜纸，胶头滴管，移液管，洗耳球，洗瓶，量筒，秒表,药品试剂：,活性炭，对硝基苯酚，去离子水,本实验装置之一工艺示意图,清洗液,原水,清洗流出液,处理水,炭柱参数：,内径,100 mm,高度,1000 mm,塔,A,炭层高,？,cm,塔,A,塔,B,硝基酚标准溶液预先配制（已完成）,准确称取,0.1000g,对硝基酚于,250,m,L烧杯中，加少量蒸 馏水溶解，待对硝基酚完全溶解后，转入,1000,m,L容量瓶中，加蒸馏水至刻度，摇匀。作为硝基酚标准储备液，浓度为,100g/m,L。,在,50m,L容量瓶中，将该储备液稀释,100,倍，作为硝基酚标准使用液，浓度为1g/mL(或,1000g/L,)。,熟悉活性炭吸附装置。,实验准备,Bellows metering pump,隔膜计量泵,实验步骤,1、测自配硝基酚溶液吸光度，绘制标准曲线：,分别取,1,000,g/,L,硝基酚水溶液:0.5、2、5、10、20 mL 放入25 mL的比色管中，稀释至25 mL。,以去离子水为参比，在,316 nm,下测定吸光度，并绘制浓度吸光度曲线。,（注意石英比色皿引起的误差；保证比色皿外壁清洁，内部无气泡；,实验中假定溶液pH恒定不变,）,2,、测定原废水中硝基酚浓度。,.,.,.,.,.,A,浓度,m,g/L,浓度吸光度曲线示意图,利用朗伯,比尔定律,A=lg(1/T)=K,l,c c,A/(K,l,),24,3,、进行单柱实验（运行时炭层避免出现气泡）：,硝基酚废水以一定流量从吸附柱上部进入活性炭吸附柱，流经活性炭层的废水，由处理液出口流出，收集流出液。,计时，运行50 min，每隔8 min用烧杯取样一次；,测出水水样的吸光度；,测量50 min,后,处理水,水槽内的,处理水,水样,吸光度,；,自行使用量具和秒表测定出水量、计算出水流速 。,4,、活性炭的再生：碱液浸泡、反冲洗。,实验步骤,记录和实验数据整理,活性炭吸附硝基酚实验记录,进,/,出水流量,(mL/min),第,T,1,=,n1,min,出水,第,T,2,=,n1+8,min,出水,第,T,3,=,n1+16,min,出水,吸光度,浓度,(,m,g/L,),吸光度,浓度,(,m,g/L,),吸光度,浓度,(,m,g/L,),26,取出水水样时请注意不要喷洒在身上,请严格遵守分光光度计、比色皿的使用规则（保持在台面内操作，贵重！）,请爱护仪器，节约实验用品 (40%),实验后整理仪器，清洗时避免器皿落地损坏！ (5%),实验注意事项,27,1.,绘制活性炭处理硝基酚废水的流出曲线,实验结果与讨论,Time (min),C (,m,g/L),0,10,20,30,40,2.,计算：,（,1,）,50min,内此活性炭柱对该流动性废水中硝基酚的吸附量，并判断其是否达到吸附饱和？,（流出液硝基酚浓度为原水的,90,）,（,2,）根据数据判断处理水是否达到某排放标准,(,硝基酚浓度, 1mg/L),？,（,2mg/L, I,类水，地表水环境质量标准，,GB3838-2002,）,29,