活性炭吸附重金屬效果的影響因素

    主要從單個(gè)金屬離子廢水（溶液）的角度討論對(duì)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(shí)間，溫度，共存離子等。

    1活性炭用量

    活性炭的用量對(duì)吸附有一定的影響。對(duì)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(qiáng)，被吸附離子的相對(duì)濃度隨之降低，但它的單位吸附量呈現(xiàn)減小的趨勢(shì)。因?yàn)楫?dāng)原水中濃度一定時(shí)，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(zhì)絕對(duì)量增加。而達(dá)到吸附平衡時(shí)，吸附質(zhì)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(guī)律q=kCe，吸附容量也隨之下降。

    2pH值

    pH值對(duì)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(nèi)(臨界pH值以下)，隨著溶液中pH值的增加，活性炭對(duì)金屬離子的吸附量也在增加。當(dāng)溶液的pH值升高后，活性炭表面官能團(tuán)被質(zhì)子化，從而表面電勢(shì)密度降低，金屬陽(yáng)離子與活性炭表面的靜電斥力減少，因此吸附量增加。同時(shí)，由于活性炭表面的官能團(tuán)為弱酸性，當(dāng)溶液pH值升高后，活性炭上負(fù)電勢(shì)點(diǎn)增多，因而吸附量增多。但是，當(dāng)pH值超過(guò)一定限值時(shí)，隨著pH值繼續(xù)增大，溶液中的OH-與金屬離子的化學(xué)作用力增大，導(dǎo)致金屬氫氧化物沉淀的生成，從而導(dǎo)致吸附量的相對(duì)下降。許多學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)在酸性溶液中活性炭對(duì)重金屬的吸附能力增加，但在堿性溶液中其吸附能力相對(duì)較低，酸性溶液比堿性溶液有利于活性炭對(duì)重金屬的吸附去除。一般而言，不同的金屬陽(yáng)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(jù)EDL(雙層靜電)理論，當(dāng)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(diǎn)是固定不變的，對(duì)金屬離子的吸附量也是固定的，因此當(dāng)金屬離子的初始濃度增加后，去除率降低。研究發(fā)現(xiàn)，用活性炭處理含砷廢水時(shí)，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(duì)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(shí)間

    在活性炭的吸附過(guò)程中，振蕩時(shí)間對(duì)吸附效果也有較大的影響。溶液中的吸附質(zhì)占據(jù)活性中心是一個(gè)漸進(jìn)的過(guò)程，即需要一定的時(shí)間來(lái)使吸附達(dá)到平衡，這一段時(shí)間即所謂的吸附平衡時(shí)間。只有達(dá)到了吸附平衡時(shí)間，活性炭才能最大限度的發(fā)揮效能。重金屬離子在活性炭上的吸附容量均隨吸附時(shí)間的增加而增加，但當(dāng)吸附時(shí)間達(dá)到一定數(shù)值時(shí)則基本不變。開(kāi)始時(shí)吸附容量上升很快是因?yàn)榇藭r(shí)重金屬離子在活性炭上的吸附主要發(fā)生在外表面上，隨著吸附的進(jìn)行，吸附質(zhì)逐漸由大孔經(jīng)過(guò)過(guò)渡孔深入到微孔中，重金屬在內(nèi)孔中傳質(zhì)速度逐漸減慢，吸附容量隨時(shí)間緩慢增加，直至達(dá)到吸附平衡。

    5溫度

    活性炭對(duì)重金屬的吸附作用實(shí)際為吸附和脫附兩個(gè)過(guò)程的競(jìng)爭(zhēng)，一般吸附是放熱過(guò)程，低溫有利；而脫附是吸熱過(guò)程，高溫有利。張淑琴[14]等研究發(fā)現(xiàn)，低溫時(shí)溫度對(duì)吸附容量影響不大，而且對(duì)重金屬的吸附可達(dá)到很好的效果，而當(dāng)溶液溫度較高（高于50℃）時(shí)，液相吸附熱雖然較小，但是由于分子熱運(yùn)動(dòng)的加劇，導(dǎo)致對(duì)吸附平衡的破壞，吸附容量有所減小，表現(xiàn)為物理吸附性能的特性。在實(shí)際生產(chǎn)生活中，一般廢水的溫度變化不大，因而溫度對(duì)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(xué)者[2]在對(duì)當(dāng)pH值=3時(shí)，由核桃殼制成的活性炭對(duì)一系列單個(gè)重金屬溶液等溫吸附的研究中發(fā)現(xiàn)：Hg2+，Cr3+和Cu2+與活性炭吸附位點(diǎn)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(diǎn)的親和性較弱。Na+不能被活性炭吸附。因此，根據(jù)金屬離子與吸附位點(diǎn)的親和性將金屬分為3類：強(qiáng)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(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)在活性炭同時(shí)吸附鉻砷時(shí)，砷的去除率峰值要比單獨(dú)吸附砷的去除率高，這說(shuō)明Cr(Ⅵ)的存在誘發(fā)了活性炭對(duì)砷的吸附。

    ⑵共存離子為有機(jī)物活性炭對(duì)有機(jī)物的吸附去除主要是物理吸附過(guò)程，但對(duì)重金屬離子卻是比較復(fù)雜，除了物理吸附以外，還可能存在化學(xué)吸附。有機(jī)物和金屬離子共存的兩相溶液中，物理吸附過(guò)程和化學(xué)吸附過(guò)程同時(shí)發(fā)生，但物理吸附過(guò)程更為重要。因此，重金屬離子的存在不會(huì)影響活性炭對(duì)有機(jī)物的吸附，但有機(jī)物的存在卻能嚴(yán)重影響活性炭對(duì)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(qiáng)度等都會(huì)影響活性炭對(duì)單個(gè)重金屬離子溶液的吸附效果。另外，活性炭表面是否改性對(duì)活性炭的吸附效果也有很大的影響，研究發(fā)現(xiàn)經(jīng)濃硝酸改性后的活性炭具備了很強(qiáng)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(duì)Pb2+的飽和吸附量提高了一百多倍。