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实验三：活性炭吸附试验
一、实验目的
（1）通过实验进一步了解活性炭的吸附工艺及性能，并熟悉整个实验过程的操作。
（2）掌握用“间歇”法、“连续流”法确定活性炭处理污水的设计参数的方法。
二、实验原理
活性炭吸附是目前国内外应用比较多的一种水处理手段。由于活性炭对水中大部分污染物都有较好的吸附作用，因此，活性炭吸附应用于水处理时往往具有出水水质稳定，适用于多种污水的优点。活性炭吸附常用来处理某些工业废水，在有些特殊情况下也用于水处理。
活性炭吸附利用活性炭固体表面对水中一种或多种物质的吸附作用，达到净化水质的目的。活性炭的吸附作用产生于两个方面，一是物理吸附，指的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；另一个是化学吸附，指活性炭与被吸附物质之间的化学作用。活性炭的吸附是上述两种吸附综合作用的结果。当活性炭在溶液中的吸附和解析处于动态平衡状态时，成为吸附平衡，此时，被吸附的物质的溶液中的浓度和再活性炭表面的浓度均不再变化，而此时被吸附的物质在溶液中的浓度成为平衡浓度，活性炭的吸附能力以吸附容量q表示，即：

式中 q——活性炭吸附量，即单位质量的吸附剂所吸附的物质量（g/g）；
V——污水体积（l）；
C0，C——分别为吸附前原水及吸附平衡时污水中的物质的质量浓度（g/l）；
M——活性炭投加量（g）。
在温度一定的条件下，活性炭的吸附量q与吸附平衡时的质量浓度C之间关系曲线称为吸附等温线。在水处理工艺中，通常用Freundlich吸附等温线来表示活性炭吸附性能。其数学表达式为：

式中 K——与吸附比表面积、温度有关的系数；
n——与温度有关的常数；
q，C——同前。
K，n求法是通过间歇式活性炭吸附实验测得q，c相应之值，将上式取对数后变换为下式：

将q，c相应值绘在双对数坐标上，所得直线斜率为，截距为K。
由于间歇式静态吸附法处理能力低，设备多，故在工程应用中多采用连续流活性炭吸附法，即活性炭吸附法。
对于连续流活性炭吸附性能可用Bohart-Adam关系式表达，即：

式中 t——工作时间（h）；
v——流速（m/h）；
D——活性炭层厚度（m）；
K——流速常数[m3/(mg·h)]；
N0——吸附容量，即达到饱和时被吸附物质的吸附量（mg/l）；
C0——入流溶质浓度[mol/m3];
CB——允许流出溶质浓度[mol/m3]。
在工作时间为零的时候能保持出流溶质浓度不超过CB的炭层理论浓度称为活性炭层的临界深度。其值可根据上述方程当t=0时进行计算，即：

三、实验药品及仪器
1.药品
20mg/L亚甲基蓝溶液1L，100mg/L的亚甲基蓝贮备液500mL，粉末活性炭。
2.仪器
100mL容量瓶10个，500mL锥形瓶5个，比色皿2个，分光光度计（上海舜宇恒平科学仪器公司，722型），电子天平。
四、实验操作及步骤
1.标准溶液的配制及标线的绘制
（1）取5个100mL容量瓶，分别用自来水和蒸馏洗净，分别为容量瓶依次贴上标有0.5mL、1mL、2mL、5mL、10mL的标签；
（2）分别用移液管量取0.5mL、1mL、2mL、5mL、10mL的贮备液放入对应的容量瓶内，并加蒸馏水稀释至100mL，即容量瓶刻线处。然后上下颠倒震荡2~3次，使溶液混匀；
（3）打开分光光度计，按“模式”按钮，选择吸光度测量模式，并调整光源波长为665nm。将蒸馏水加入比色皿中放入分光光度计内，按调零键将吸光度值归零。
（4）按0.5mL、1mL、2mL、5mL、10mL的顺序依次测量标准溶液的吸光度，记录结果。
（5）计算出上述溶液的浓度，并以浓度为横坐标，吸光度为纵坐标，绘制标线。
2.吸附实验
（1）取洁净干燥的5个500mL锥形瓶，分别贴上标有“空白”、“50mg”、“100mg”、“150mg”、“200mg”字样的标签。
（2）在电子天平上依次称量50mg、100mg、150mg、200mg活性炭粉末加入对应的锥形瓶中。
（3）分别向锥形瓶中加入20mg/L的亚甲基蓝溶液200mL，然后震荡30min，再静置10min；
（4）取5个洁净的100mL的容量瓶，分别贴上标有“空白”、“50mg”、“100mg”、“150mg”、“200mg”字样的标签。取吸附后的溶液各10mL与对应的容量瓶中，用蒸馏水稀释到100mL；
（5）按200 mg、150 mg、100 mg、50 mg、空白的顺序测量稀释后的溶液的吸光度，并记录。
五、实验数据及结果整理
1.标准溶液浓度的计算
以加了0.5mL的标准亚甲基蓝溶液（100mg/L）的密度的计算过程为例，计算ρ1。

同理，可得其余四瓶溶液的密浓度，将结果填于表1。
2.将测量的标准溶液的吸光度填入表1。
表1 标准溶液的浓度和吸光度
编号
加标量/mL
浓度mg/L
吸光度
1
0.5
0.5
0.109
2
1
1
0.241
3
2
2
0.467
4
5
5
1.097
5
10
10
1.741
3.根据表1的数据绘制标线，如图1，因为将第五组数据吸光度>2×0.8,且列入计算时，达不到R2>0.999的要求，故舍去第五组数据。
ρ/(mg/L)

图1 标线
4.活性炭吸附后溶液的吸光度如下表，根据吸光度查图1，或根据图1中的公式计算稀释10倍后溶液的浓度，并计算出稀释前溶液的浓度（稀释后溶液的浓度×10）和活性炭吸附后COD的去除率，结果见表2。
表2 吸附结果记录表
编号
活性炭投加量/mg
吸光度
稀释后的浓度/( mg/L)
稀释前浓度/( mg/L)
原溶液浓度浓度/( mg/L)
COD去除率/%
1
0
0.589
1.990
19.90
20
0.5
2
50
0.361
1.207
12.07
20
39.7
3
100
0.343
1.144
11.44
20
42.8
4
150
0.323
1.074
10.74
20
46.3
5
200
0.306
1.015
10.15
20
49.3

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