改性活性炭对金属离子的吸附性能研究

４　兰Ｉｃｈ代化工研穷　ｅｎｍｉｃａｌ　Ｉｎｔｅｎｎｃｄｉ口ｔｅ　综述与专论　２　０　１　７・０　４　改性活性炭对金属离子的吸附性能研究　女康玉莹李海成毛文静　（西北民族大学化工学院甘肃７３０１　２４）　摘要：改性活性炭被广泛的应用于污水处理、大气污染防治等领域，特别是在水处理方面越来越显示出其美好前景。本文研究了以活性　炭作为原料，经过硝酸氧化得到硝酸改性活性炭，根据实验从溶液ｐＨ值、振摇时间、用量以及温度方面对于改性活性炭进行了分析。　关键词：改性；活性炭；吸附；性能研究　中图分类号：ＴＱ　文献标识码：Ａ　Ｋａｎｇ　Ｙｕｙｉｎｇ，Ｌｉ　Ｈａｉｃｈｅｎｇ，Ｍａｏ　Ｗｅｎｊｉｎｇ　Ｓｔｕｄｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ　Ｐｒｏｐｅｒｔｙ　ｏｆ　Ｍｏｄｉｉｅｄ　Ａｃｔｉｆｖａｔｅｄ　Ｃａｒｂｏｎ　ｏｎ　ＭｅｔａＩＩｏｎｓ　（Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｎｏｒｔｈｗｅｓｔ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｆｏｒ　Ｎａｔｉｏｎａｌｉｔｉｅｓ，Ｇａｎｓｕ，７３０１２４）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｍｏｄｉｉｅｄ　ｆａｃｔｉｖａｔｅｄ　ｃａｒｂｏｎ　ｈａｓ　ａ　ｗｉｄｅ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｗａｓｔｅ　ｗａｔｅｒ　ｔｒｅａｔｍｅｎｔ，ａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃ　ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ　ｐｒｅｖｅｎｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｔｒｅａｔｍｅｎｔ　ｅｔｃ．　ｆｅｌｉｄｓ，ｅｓｐｅｃｉａｌｌｙ　ｉｎ　ｔｈｅ　ａｓｐｅｃｔ　ｆｗａｔｏｅｒ　ｔｒｅａｔｍｅｎｔ，ｉｔ　ｈａｓ　ｓｈｏｗｎ　ｉｔｓ　ｇｏｏｄ　ｐｒｏｓｐｅｃｔ．Ｉｎ　ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ，ｂｙ　ｔａｋｉｎｇ　ｔｈｅ　ａｃｔｉｖａｔｅｄ　ｃａｒｂｏｎ　ａｓ　ｔｈｅ　ｒａｗ　ｍａｔｅｒｉａｌｓ　ａｎｄ　ｔｈｒｏｕｇｈ　ｔｈｅ　ｎｉｔｒｉｃ　ａｃｉｄ　ｏｘｉｄａｔｉｏｎ　ｔｏ　ｇｅｔ　ｔｈｅ　ｎｉｔｒｉｃ　ａｃｉｄ　ｍｏｄｉｉｆｅｄ　ａｃｔｉｖａｔｅｄ　ｃａｒｂｏｎ，ｉｔ　ｈａｓ　ａｎａｌｙｚｅｄ　ｔｈｅ　ｍｏｄｉｉｅｆｄ　ａｃｔｉｖａｔｅｄ　ｃａｒｂｏｎＪ？ｏｍ　ｔｈｅ　ａｓｐｅｃｔｓ　ｏｆ　ｓｏｌｕｔｉｏｎ　ｐＨ　ｖａｌｕｅ，ｖｉｂｒａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｓｈａｋｉｎｇ　ｔｉｍｅ，ｄｏｓａｇｅ，ａｎｄ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｅｔｃ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｍｏｄｉｉｆｃａｔｉｏｎ；ａｃｔｉｖａｔｅｄ　ｃａｒｂｏｎ；ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ；ｐｒｏｐｅｒｔｙ　ｓｔｕｄｙ　１．概述　去除色度、臭味，可去除一些有机污染物和某些无机物。由　活性炭是一种由生物有机物质（包括煤、石油和沥青等　于它具有较好的吸附能力，并且安全性高，不溶于水和有机　在内）作为原料，经过高温炭化和活化制得的环境友好型吸　溶剂，耐热、耐酸碱、易再生，因此，它被广泛的应用于水　附剂。它含有大量的微孔，具有巨大的比表面积，能有效地　处理中。但是当前，水污染日益加重，而且污染物数量和种　下转第５页　上接第３页　升管后部均设急冷油设施（正常情况下不投用，特殊情况下　投用），控制反应出口温度。⑥两根提升管出口快速终止反　应，提升管出口设置粗旋快分使油气与催化剂快速分离，粗　旋升气筒与沉降器单级旋分器入口软连接，以达到快速终止　二次反应，减少反应油气在沉降器的停留时间从而减少二次　反应和热裂化反应的发生，同时提高旋分效率，减少催化剂　的跑损。⑦汽提段采用高效汽提技术：其中重油汽提段利　旧，汽油汽提段采用填料式高效汽提技术。　用稳定塔对硫化氢将轻烃和硫化氢分离开来，通过加入轻汽　油来调和组分。同其他相比，该装置具有如下优点：（１）该公　司以前的催化装置经常会出现非正常停工现象，导致这种情　况发生的主要原因为原料油中有的固体颗粒物过大，从而导　致缓冲罐堵塞，该装置设置了原料油过滤器，将１０　ｕ　ｍ以上　的固体颗粒从原油中过滤粗去，避免其进入缓冲罐，降低了　堵塞故障发生的概率。（２）以前在催化的过程中原料油会与空　气接触，进而产生反应，形成聚合物和胶质，使反应器床层　产生结焦现象，造成辛烷值的损失，而该装置通过在缓冲罐　某石化公司主要生产车用汽油，为了践行环保要求，该　中加设氢气密封，阻止了原料油与空气的接触，从而保证了　３）加氢过程中生成的Ｈ　Ｓ，ＮＨ。和ＨＣＩ，在　公司积极引入新设备，采用新工艺，经过多方的比较，该公　反应的催化活性。（２．１．８Ｍｔ／ａ催化汽油加氢精制装置　司决定选用１８Ｏ万ｔ／ａ催化汽油加氢精制装置作为生产汽油的　一定温度下会生成ＮＨ　Ｃ１和ＮＨ　ＨＳ结晶，沉积在低温换热器　设备，同时采用法国Ａｘｅｎｓ公司Ｐｒｉｍｅ—Ｇ汽油脱硫工艺。催　和空冷器管束中，引起系统压降增大。因此在反应产物进人　化汽油加氢精制装置由选择性加氢（ＳＨＵ）、加氢脱硫（ＨＤＳ）　空冷器前间断注人除盐水来溶解钱盐，从而提高汽油质量和　和公用工程三部分组成，工艺流程为：首先将原料油送入缓　冲罐中，由选择性加氢反应器对缓冲罐中的原油进行加氢处　理，选用ＨＲ一８４５Ｓ催化剂，保持入口温度在３８０ｏＣ，反应压　力在２．８ＭＰａ，体积空速２．０～１２．Ｏｈ－一等操作条件，将原油中　的二烯烃转化为单烯烃，之后将处理后的反应物送入到分离　塔中，分为轻、重汽油组分，重汽油进入加氢脱硫第一反应　器中，使用ＨＲ一８０６Ｓ催化剂对重汽油进行加氢脱硫，将重　硫化物转化成硫化氢，使用加氢脱硫第二反应器，采用ＨＲ一　８４１　Ｓ催化剂深度催化脱硫后送入加氢反应产物分离罐中，通　过适当的操作条件，将产生的副产品硫醇转化成硫化氢，采　改善贮存安定性。装置运行表明法国Ａｘｅｎｓ公司的Ｐｒｉｍｅ—Ｇ十　汽油加氢技术催化汽油脱硫效果显著，产品质量满足国ＩＩＩ、　国ｌＶ汽油质量要求硫醇硫为３．５ｍｇ／ｋｇ，小于设计值９ｍ／ｋｇ；烯　烃为２７．６％，／Ｊ、于设计值３６％。　【参考文献】　【１】王晓，霍东亮，余济伟，李国萍催化裂化汽油芳构化降烯烃催　化剂的改进研究『Ｊ】石油炼制与化工，２０１３，（…）：６５—７（　【作者简介】　于海成（１９９５～），男，辽宁石油化工大学；研究方向：化　工、石油加工。　（责任编辑：李鹏波）　２　０　１　７・０　４　综述与专论　Ｃｈｅｎｍｉ当代化工嚼穷　ｃａｌＩｎｔｅｒｍｅｄｉａｔｅ　类增多，污染物成分复杂，用普通的活性炭处理已经达不到　要求，所以，必须对活性炭的结构和性质进行改性，增大它　的吸附性能，提高用水质量和排水质量。　活性炭的表面官能团一般分为含氧官能团和含氮官能　团，如果在适当的温度下，利用合适的氧化剂对活性炭材料　表面进行氧化处理，这样就提高了材料表面含氧官能团的含　量，增强了材料表面的亲水性，同时可以增强对极性物质的　吸附能力，达到水处理的目标。　急剧上升，随着时间的增加，活性炭的吸附率缓慢增加，到　２５０ｍｉｎ后趋于平缓，改性活性炭的吸附率可达到６７．８５％，　原活性炭的吸附率只有３３．９２％。　在活性炭的吸附过程中，振摇时间也影响着其对于金属　离子的吸附，振摇时间越长，活性炭与金属离子有充分的反　应时间，只有达到了吸附平衡时间，故吸附率更大，活性炭　才能最大限度的发挥吸附效能，本实验测得最适宜的振摇时　间为３０分钟。　（３）最佳用量的选择　在２５℃温度下，向２５ＯｍＬ锥形瓶中加入３０ｍｇ／ｍＬ　（１）实验仪器　　００ｍＬ，调节好ＰＨ值，分别加入不同质量　马弗炉、电热恒温鼓风干燥箱、电子天平、水浴锅、筛　的铬离子溶液１２．改性活性炭的制备　分机、原子吸收光谱仪、集热式恒温加热磁力搅拌器。　（２）实验药品　颗粒活性炭、硝酸、去离子水、氢氧化钠。　（３）实验步骤　①预处理　将颗粒活性炭经过筛分机筛分，筛分出过２００目筛的颗　粒活性炭，然后用去离子水将其充分清洗，去除活性炭表面　杂质后，在电热鼓风干燥箱中干燥２４ｈ，温度控制在１　１Ｏ℃，　之后冷却，置于棕色瓶内干燥保存。　②改性　用电子天平称取１　５ｇ经过预处理的活性炭，将其加入到　２５ＯｍＬ质量分数为１５％的硝酸溶液中，在４０ｏＣ条件下，用集　热式恒温加热磁力搅拌器搅拌回流４ｈ。得到的产品用去离子　水洗涤多次，然后保持温度１　１　０℃下控温干燥２４ｈ后，最后放　入到马弗炉中在３２０ｏＣ下灼烧２ｈ，即可得到改性活性炭。　３．改型活性炭对金属离子的吸附研究　（１）ＰＨ的测定　在２５℃温度下，分别取１　４份１　００ｍＬ３０ｍｇ／ｍＬ的铬离子　溶液置于２５０ｍＬ锥形瓶中，将溶液分成两组，分别将ｐＨ调　节为２，３，４，６，８，１０，１２，然后分别加入原活性炭和改　性活性炭。将溶液振摇３０ｍｉｎ，静置后离心１　０ｍｉｎ，然后过　滤，收集滤液，用原子吸收光谱仪测定上滤液中铬离子的含　量。ｐＨ是影响金属离子被吸附效果的一个重要因素，不同　的ｐＨ的溶液吸附率是不同的。根据实验结果可知，随着ｐＨ　的增大，活性炭对铬离子的吸附越低，原活性炭的吸附率随　溶液ｐＨ的增大而降低至２．６８％，改性活性炭的吸附率随溶　液ｐＨ的增大而降低至４．７１％。ｐＨ值很大程度上影响了溶液　中吸附质和吸附剂结构，从而影响了吸附剂的吸附容量。具　体结果如表１所示。　ｐＨ　２　３　４　６　８　１０　１２　原活・附率／％　性炭吸　９６＿８２　８２．１９　５８．９４　４０．２２　２１．６５　ｌ９．８７　２．６８　改性活性炭　吸附率，％　９９．５６　８７．６３　７８．４５　６９＿３１　４５．５ｌ　３８．５９　４．７ｌ　（２）吸附时间的测定　在２５℃温度下，向２５０ｍＬ锥形瓶中加入３０ｍｇ／ｍＬ的　铬离子溶液１　００ｍＬ，调节好ｐＨ值，分别加入原活性炭和改　性活性炭。将溶液振摇３０ｍｉｎ，静置后离心１　０ｍｉｎ，然后过　滤，收集滤液，用原子吸收光谱仪测定上滤液中铬离子的含　量。根据实验结果可知，开始时反应物的浓度最大，吸附率　（０．１ｇ，０．２ｇ，０．３ｇ，０．４ｇ，０．５ｇ，０．６ｇ）的改性活性炭。　将溶液振摇３０ｍｉｎ，静置后离心１　Ｏｍｊｎ，然后过滤，收集滤　液，用原子吸收光谱仪测定上滤液中铬离子的含量。由实验　数据分析得知，随着投加量的增加，改性活性炭的吸附率　急剧上升，之后趋于平稳，在投加量为０．３ｇＢ，－Ｊ，吸附率达到　９４．３５％，在投）ｊｎｍ为０．４ｇＢ，－Ｊ，吸附率可以达：￣Ｊ９７．２８％，当　投加量继续增加，吸附慢慢达到饱和，吸附率就随之下降。　因此投加量选择０＿４ｇ。　（４）温度的测定　活性炭化学吸附金属离子属于吸热反应，升高温度，反　应正向进行，溶液中分子运动剧烈，金属离子和吸附剂表面　接触更多。同时活性炭表面官能团的化学吸附速率也随之增　加。当温度处于室温时，改性活性炭的吸附效率要比原活性　炭高，改性后的活性炭吸附能力被提高。在温度超过６０℃　时，活性炭对于金属离子的吸附率已经超过９０％。所以，　升高温度有利于活性炭的吸附。　４．实验结论　（１）本实验利用活性炭作为原料，经过硝酸氧化得到硝　酸改性活性炭。此方法比较简便，而且实验过程中所用试剂　较少，合成的改性活性炭稳定。　（２）经过实验分析　①该改性活性炭对于不同ｐＨ的铬离子溶液的吸附率也　不同，随着ｐＨ的增加，其吸附速率逐渐降低。　②该改性活性炭吸附时，最佳吸附时间为２４０ｍｉｎ，最　佳振摇时间为３０ｍｉｎ。　③最佳投入量为０．４ｇＢ，－Ｊ－，该改性活性炭的吸附速率较适　宜。　－　④升高温度有利于活性炭吸附金属离子，温度一般为　６０ｏＣ以上。　【参考文献】　…杨国华，黄统琳，姚忠亮，刘明华．吸附剂的应用研究现状和进　展［Ｉ１＿化学工程与装备，２００９，（０６）：８４—８８＋８３．　【２】郭慧，郭兆学．活性炭处理工业废水的应用叭．科技信息（科学　教研），２００８，（１４）：３７６＋３６１．　［３］梁霞，王学江．活性炭改性方法及其在水处理中的应用ＵＪ．水处　理技术，２０１１，（０８）：１—６．　［４】王丁明，曹国凭，贾云飞，刘鹏程．活性炭吸附技术在水处理中　的应用Ｕ］．北方环境，２０１１，（１１）：１９０—１９１．　【作者简介】　康玉莹（１９９５－），女，西北民族大学化工学院；研究方向：　化学工程与工艺。　（责任编辑：李鹏波）