活性炭吸附重金屬效果的影響因素

    主要從單個金屬離子廢水（溶液）的角度討論對活性炭吸附的處理效果的影響因素，包括活性炭用量，pH值，初始濃度，吸附時間，溫度，共存離子等。

    1活性炭用量

    活性炭的用量對吸附有一定的影響。對于相同的溶液，隨著活性炭用量的增加，各種離子的吸附效率隨之增加，吸附效果也隨之增強，被吸附離子的相對濃度隨之降低，但它的單位吸附量呈現減小的趨勢。因為當原水中濃度一定時，吸附劑量增加，可供吸附的活性位隨之增多，吸附劑上吸附的吸附質絕對量增加。而達到吸附平衡時，吸附質的平衡濃度降低，因而吸附去除率升高，但吸附容量卻隨著吸附劑量增加而降低，其原因是吸附劑量增加，平衡濃度降低，按照吸附平衡規律q=kCe，吸附容量也隨之下降。

    2pH值

    pH值對活性炭與金屬離子之間的親合力有著非常重要的影響，通常情況下，在一定范圍內(臨界pH值以下)，隨著溶液中pH值的增加，活性炭對金屬離子的吸附量也在增加。當溶液的pH值升高后，活性炭表面官能團被質子化，從而表面電勢密度降低，金屬陽離子與活性炭表面的靜電斥力減少，因此吸附量增加。同時，由于活性炭表面的官能團為弱酸性，當溶液pH值升高后，活性炭上負電勢點增多，因而吸附量增多。但是，當pH值超過一定限值時，隨著pH值繼續增大，溶液中的OH-與金屬離子的化學作用力增大，導致金屬氫氧化物沉淀的生成，從而導致吸附量的相對下降。許多學者研究發現在酸性溶液中活性炭對重金屬的吸附能力增加，但在堿性溶液中其吸附能力相對較低，酸性溶液比堿性溶液有利于活性炭對重金屬的吸附去除。一般而言，不同的金屬陽離子存在不同的最佳pH值或pH值范圍。

    3溶液初始濃度

    根據EDL(雙層靜電)理論，當溶液的初始濃度增加，金屬離子的去除率降低。活性炭的吸附位點是固定不變的，對金屬離子的吸附量也是固定的，因此當金屬離子的初始濃度增加后，去除率降低。研究發現，用活性炭處理含砷廢水時，隨著溶液中砷的初始濃度的增加，砷的去除率逐漸增加，但初始濃度增加到一定程度后，去除率反而隨著濃度的增加有所下降。因此，可以斷定，初始濃度對活性炭的處理效果必定有影響，但具體影響視不同的重金屬離子而定。

    4吸附時間

    在活性炭的吸附過程中，振蕩時間對吸附效果也有較大的影響。溶液中的吸附質占據活性中心是一個漸進的過程，即需要一定的時間來使吸附達到平衡，這一段時間即所謂的吸附平衡時間。只有達到了吸附平衡時間，活性炭才能最大限度的發揮效能。重金屬離子在活性炭上的吸附容量均隨吸附時間的增加而增加，但當吸附時間達到一定數值時則基本不變。開始時吸附容量上升很快是因為此時重金屬離子在活性炭上的吸附主要發生在外表面上，隨著吸附的進行，吸附質逐漸由大孔經過過渡孔深入到微孔中，重金屬在內孔中傳質速度逐漸減慢，吸附容量隨時間緩慢增加，直至達到吸附平衡。

    5溫度

    活性炭對重金屬的吸附作用實際為吸附和脫附兩個過程的競爭，一般吸附是放熱過程，低溫有利；而脫附是吸熱過程，高溫有利。張淑琴[14]等研究發現，低溫時溫度對吸附容量影響不大，而且對重金屬的吸附可達到很好的效果，而當溶液溫度較高（高于50℃）時，液相吸附熱雖然較小，但是由于分子熱運動的加劇，導致對吸附平衡的破壞，吸附容量有所減小，表現為物理吸附性能的特性。在實際生產生活中，一般廢水的溫度變化不大，因而溫度對活性炭吸附含重金屬離子廢水的影響不大。

    6共存離子

    ⑴共存離子為重金屬離子

    有學者[2]在對當pH值=3時，由核桃殼制成的活性炭對一系列單個重金屬溶液等溫吸附的研究中發現：Hg2+，Cr3+和Cu2+與活性炭吸附位點具有較高的親和性。Ni2+，Cd2+，Ca2+，Sr2+，Zn2+，Co2+，Mn2+，Mg2+和K+與活性炭吸附位點的親和性較弱。Na+不能被活性炭吸附。因此，根據金屬離子與吸附位點的親和性將金屬分為3類：強親和性：Hg2+，Cr3+和Cu2+；中等親和性：Ni2+，Cd2+，Ca2+，Sr2+，Zn2+，Co2+，Mn2+，Mg2+和K+；弱親和性：Na+。實驗發現在活性炭同時吸附鉻砷時，砷的去除率峰值要比單獨吸附砷的去除率高，這說明Cr(Ⅵ)的存在誘發了活性炭對砷的吸附。

    ⑵共存離子為有機物活性炭對有機物的吸附去除主要是物理吸附過程，但對重金屬離子卻是比較復雜，除了物理吸附以外，還可能存在化學吸附。有機物和金屬離子共存的兩相溶液中，物理吸附過程和化學吸附過程同時發生，但物理吸附過程更為重要。因此，重金屬離子的存在不會影響活性炭對有機物的吸附，但有機物的存在卻能嚴重影響活性炭對重金屬的吸附。

    7其他因素

    除了以上因素，活性炭種類、活性炭顆粒的大小以及溶液離子強度等都會影響活性炭對單個重金屬離子溶液的吸附效果。另外，活性炭表面是否改性對活性炭的吸附效果也有很大的影響，研究發現經濃硝酸改性后的活性炭具備了很強的吸附金屬離子的能力，其吸附容量也要大得多，改性后的活性炭與原活性炭相比，對Pb2+的飽和吸附量提高了一百多倍。