誠(chéng)信做人；數(shù)據(jù)真實(shí)；分析合理；富于創(chuàng)新誠(chéng)信做人；數(shù)據(jù)真實(shí)；分析合理；富于創(chuàng)新誠(chéng)信做人；數(shù)據(jù)真實(shí)；分析合理；富于創(chuàng)新《環(huán)工綜合實(shí)驗(yàn)（1）》（活性炭吸附實(shí)驗(yàn)）實(shí)驗(yàn)報(bào)告專業(yè)環(huán)境工程（卓越班）班級(jí)姓名指導(dǎo)教師成績(jī)東華大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院實(shí)驗(yàn)中心二0一六年11月附劑的比表面積、孔結(jié)構(gòu)、及其表面化學(xué)性質(zhì)等有關(guān)。附劑的比表面積、孔結(jié)構(gòu)、及其表面化學(xué)性質(zhì)等有關(guān)。吸附等溫線（AdsorptionIsotherm）:指一定溫度條件下吸附平衡時(shí)單位質(zhì)量吸附劑的吸附量q與吸附質(zhì)在流體相中的分壓p（氣相吸附）或濃度c（液相吸附）之間的關(guān)系曲線。水中苯酚在樹(shù)脂上的吸附等溫線水中苯酚在活性炭上的吸附等溫線水中苯酚在活性炭上的吸附等溫線吸附機(jī)理和吸附速率吸附機(jī)理：吸附質(zhì)被吸附劑吸附的過(guò)程一般分為三步：（1）外擴(kuò)散（2）內(nèi)擴(kuò)散（3）吸附①外擴(kuò)散：吸附質(zhì)從流體主體通過(guò)擴(kuò)散傳遞到吸附劑顆粒的外表面。因?yàn)榱黧w與固體接觸時(shí)，在緊貼固體表面處有一層滯流膜，所以這一步的速率主要取決于吸附質(zhì)以分子擴(kuò)散通過(guò)這一滯流膜的傳遞速率。②內(nèi)擴(kuò)散：吸附質(zhì)從吸附劑顆粒的外表面通過(guò)顆粒上微孔擴(kuò)散進(jìn)入顆粒內(nèi)部，到達(dá)顆粒的內(nèi)部表面。③吸附：吸附質(zhì)被吸附劑吸附在內(nèi)表面上。對(duì)于物理吸附，第三步通常是瞬間完成的，所以吸附過(guò)程的速率由前二步?jīng)Q定。??活性炭具有良好的吸附性能和化學(xué)穩(wěn)定性，是目前國(guó)內(nèi)外應(yīng)用較廣泛的一種非極性的吸附劑。?由于活性炭為非極性分子，因而溶解度小的非極性物質(zhì)容易被吸附，而不能使其自由能降低的污染物既溶解度大的極性物質(zhì)不易被吸附。活性炭的吸附能力以吸附容量qe表示：?qe=X/M=V(Co-C)/M?在一定的溫度條件下，當(dāng)存在于溶液中的被吸附物質(zhì)的濃度與固體表面的被吸附物質(zhì)的濃度處于動(dòng)態(tài)平衡時(shí)，吸附就達(dá)到平衡。1、吸附劑的比表面積越大，其吸附容量和吸附效果就越好嗎？為什么？答：比表面積越大，不一定吸附容量就越好。吸附劑的比表面積越大，只能說(shuō)明其吸附能力較大，并不代表吸附容量就越大。吸附容量的大小還與脫吸速度有關(guān)，如果脫吸速度很快，就算吸附能力再大，吸附容量也還是沒(méi)多大提升。吸附容量是一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡的過(guò)程。吸附劑的良好吸附性能是由于它具有密集的細(xì)孔構(gòu)造，與吸附有關(guān)的物理性能有：a.孔容（VP）：吸附劑中微孔的容積稱為孔容，通常以單位重量吸附劑中吸附劑微孔的容積來(lái)表示(cm3/g)；b.比表面積：即單位重量吸附劑所具有的表面積，常用單位是m2/g；c.孔徑與孔徑分布：在吸附劑內(nèi)，孔的形狀極不規(guī)則，孔隙大小也各不相同。細(xì)孔愈多，則孔容愈大，比表面也大，有利于吸附質(zhì)的吸附。粗孔的作用是提供吸附質(zhì)分子進(jìn)入吸附劑的通路。吸附過(guò)程并不是吸附質(zhì)被吸附固定在吸附劑上靜止過(guò)程,而是一個(gè)始終在做頻繁物質(zhì)交換的動(dòng)態(tài)過(guò)程。吸附質(zhì)在吸附劑上有相同停留時(shí)間的條件下,吸附劑比表面積更大,甲醛分子與吸附劑接觸的機(jī)會(huì)就更多,相應(yīng)吸附量就越大。因此,提高吸附質(zhì)停留時(shí)間并增加吸附劑比表面積是提升吸附效果的根本措施。但是吸附質(zhì)進(jìn)入吸附劑開(kāi)孔的最小通過(guò)距離對(duì)于吸附性能是非常關(guān)鍵的控制因素,而吸附質(zhì)最小通過(guò)距離則同吸附質(zhì)分子直徑直接相關(guān)。如果吸附劑開(kāi)孔的孔徑過(guò)小,吸附質(zhì)最小通過(guò)距離大于吸附劑的開(kāi)孔,則吸附質(zhì)不能進(jìn)入孔內(nèi),從而不能實(shí)現(xiàn)吸附；如果吸附劑開(kāi)孔孔徑過(guò)大,雖然吸附質(zhì)可以進(jìn)入孔內(nèi),但同時(shí)吸附質(zhì)同時(shí)也可以容易的從孔中出來(lái),吸附劑也無(wú)法很好的將吸附質(zhì)富集在其孔內(nèi)；因此，只有吸附劑開(kāi)孔略大且并不過(guò)大于吸附質(zhì)最小通過(guò)距離時(shí),才能有很好的吸附效果。另外，表面極性對(duì)于是吸附劑的吸附性能非常重要,而且吸附劑表面的官能團(tuán)可以使吸附劑具有選擇吸附性。通常，吸附劑表面含氧官能團(tuán)越豐富，吸附極性分子的效率越高。2、目前對(duì)吸附劑改性以增加吸附效果研究較多，請(qǐng)問(wèn)，吸附劑改性的方法有哪些？為何改性后可以增加吸附效果？答：表面改性也稱表面處理，是指為達(dá)到某種目的，任何使固體表面性質(zhì)發(fā)生變化的各種措施。固體表面改性后，由于表面性質(zhì)發(fā)生了變化，其它一系列性質(zhì)（狹縫、濕潤(rùn)、分散）都將發(fā)生變化。通常的改性方法如下：無(wú)機(jī)粉體、增強(qiáng)材料和復(fù)合材料的改性：用硅烷偶聯(lián)劑處理；用鈦酸酯等偶聯(lián)劑處理；用表面活性劑覆蓋處理；等離子體處理。高聚物基體的改性：接枝改性；等離子體處理。比如：活性炭雖是非極性吸附劑，其表面含有相當(dāng)多的含氧基團(tuán)，若硅烷化處理使極性部位憎水化，對(duì)水的接觸角增大，有利于自水溶液中吸附非極性有機(jī)物；反之，若氧化處理增加炭表面的含氧基團(tuán)，使親水性增強(qiáng)，則能提高自非水溶劑中吸附極性有機(jī)物能力。改性改變吸附效果機(jī)理：吸附作用一般為兩種形式，即:物理吸附和化學(xué)吸附。物理吸附主要表現(xiàn)為吸附質(zhì)與吸附劑之間通過(guò)物理性力(如:范德華力、氫鍵力等)相結(jié)合,具有吸附熱小，速度快，無(wú)選擇性，過(guò)程可逆放熱，以及吸附為單層/多層的特點(diǎn),吸附過(guò)程受吸附質(zhì)五、實(shí)驗(yàn)記錄及原始數(shù)據(jù)五、實(shí)驗(yàn)記錄及原始數(shù)據(jù)由于實(shí)驗(yàn)所用比色管為50ml，而實(shí)驗(yàn)步驟中的比色管為100ml，因此所有濃度都要×2。標(biāo)準(zhǔn)曲線1濃度（mg/L）吸光度（Abs）標(biāo)準(zhǔn)曲線方程/線性相關(guān)系數(shù)0010.00720.01340.02780.048160.096320.176當(dāng)前溫度：19.6℃粉末活性炭間歇吸附試驗(yàn)記錄直接藍(lán)加入量（mL）濃度（mg/L）吸光度Abs)(剩余濃度（mg/L）吸附容量（mg/g）0000/125.3570.0050.3820.00557249.6770.0182.7450.008603613.2350.0284.5640.01184816.2160.0539.1090.01056018.7500.0203.1090.02509023.6840.0304.9270.035612027.2730.0508.5640.0412標(biāo)準(zhǔn)曲線標(biāo)準(zhǔn)曲線2濃度（mg/L）吸光度（Abs）標(biāo)準(zhǔn)曲線方程/線性相關(guān)系數(shù)0010.00320.01040.02180.043160.101320.158當(dāng)前溫度：19.6℃顆粒活性炭間歇吸附試驗(yàn)記錄直接藍(lán)加入量（mL）濃度（mg/L）吸光度（Abs）剩余濃度（mg/L）吸附容量（mg/g）0000/125.3570.0254.5490.0009249.6770.0458.4710.00153613.2350.06111.6080.00224816.2160.08315.9220.00046018.7500.09518.2750.00089023.6840.12624.353-0.001312027.2730.14728.471-0.0026六、數(shù)據(jù)處理及結(jié)論六、數(shù)據(jù)處理及結(jié)論粉末活性炭間歇吸附曲線由于曲線有不符合實(shí)驗(yàn)結(jié)果的數(shù)據(jù)存在，需要取舍，因此選擇12mL、24mL、36mL的數(shù)據(jù)來(lái)做吸附容量曲線。由y=0.8168x-2.8551可得：lgK=-2.85511/n=0.8168K=0.058n=1.22顆?；钚蕴块g歇吸附曲線顆?；钚蕴块g歇吸附曲線由于計(jì)算出來(lái)的吸附容量有負(fù)數(shù)，因此選擇12mL、24mL、36mL的數(shù)據(jù)來(lái)做吸附容量曲線。由y=0.9712x-3.7611可得，lgK=-3.76111/n=0.9712K=0.023n=1.03由以上兩個(gè)實(shí)驗(yàn)曲線可以發(fā)現(xiàn)，吸光度的變動(dòng)有點(diǎn)幅度，并出現(xiàn)吸附容量有負(fù)數(shù)的情況，實(shí)驗(yàn)誤差偏大，因此縱觀整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程，可能因?yàn)殡x心的時(shí)間不夠長(zhǎng)，或者離心的過(guò)程中晃動(dòng)太大，有影響到實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，也有可能是機(jī)器的原因，儀器誤差。另外在測(cè)吸光度的時(shí)候，可能因?yàn)閯?dòng)作幅度太大，使得離心過(guò)后的活性炭又有上浮的趨勢(shì)，人員誤差和操作誤差導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)結(jié)果有誤差。七、思考題?1.工業(yè)上常用的吸附劑有哪些？應(yīng)用上有什么區(qū)別。答：目前最常應(yīng)用的吸附劑有:1)碳質(zhì)為基本成分的吸附劑，如活性炭、活性碳纖維、炭黑、碳分子篩等；2)多孔金屬和非金屬氧化物吸附劑，如:硅膠、氧化鋁、沸石分子篩等；3)樹(shù)脂吸附劑，如:非極性、弱極性和極性吸附樹(shù)脂等。應(yīng)用上的區(qū)別舉例如下：1.硅膠：硅膠是一種堅(jiān)硬、無(wú)定形鏈狀和網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的硅酸聚合物顆粒，分子式為SiO2.nH2O，為一種親水性的極性吸附劑。工業(yè)上用的硅膠分成粗孔和細(xì)孔兩種。粗孔硅膠在相對(duì)濕度飽和的條件下，吸附量可達(dá)吸附劑重量的８０％以上，而在低濕度條件下，吸附量大大低于細(xì)孔硅膠。硅膠對(duì)水有較強(qiáng)的親和力，是一種對(duì)微量水深度干燥用的吸附劑。2.活性炭、活性碳纖維（ACF）：活性炭是將木炭、果殼、煤等含碳原料經(jīng)炭化、活化后制成的?；钚蕴亢泻芏嗝?xì)孔構(gòu)造所以具有優(yōu)異的吸附能力。因而它用途遍及水處理、脫色、氣體吸附等各個(gè)方面。ACF采用聚丙烯睛、粘膠、瀝青、酚醛樹(shù)脂等制備，吸附特點(diǎn)為比表面積大、吸附容量大、對(duì)低濃度物質(zhì)的吸附能力特別優(yōu)良，即使對(duì)痕量級(jí)吸附質(zhì)仍保持很高的吸附率；吸附和脫附的速率都快；ACF對(duì)氣體的吸附一般能在數(shù)十秒或幾分鐘達(dá)到平衡，脫附路徑短，脫附速率也快:吸附選擇性強(qiáng)；生成碳粉塵少，容易再生和再利用;兼有纖維的各種特性，能制成纖維束、紙、布和氈等形狀，且性能良好；并且可與其他性能的材料形成復(fù)合材料。3.沸石分子篩：又稱合成沸石或分子篩，其化學(xué)組成通式為[M2(Ⅰ)M(Ⅱ)]O.Al2O3.nSiO2.mH2O。沸石的特點(diǎn)是具有分子篩的作用，它有均勻的孔徑，如3A0、4A0、5A0、10A0細(xì)孔。有4A0孔徑的4A0沸石可吸附甲烷、乙烷，而不吸附三個(gè)