果壳活性炭吸附水溶液中苯酚的定量理论研究

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吸附法是国内外应用较为广泛的一种废水处理方法,具有处理设备及工艺简单、适应的浓度范围广、不会造成二次污染等显著优点。在吸附法处理废水实践中,吸附剂与吸附质的准确定量计算问题长期以来未得到有效解决。基于一系列固/液相离子吸附体系的研究建立的四组分吸附模型,给出了吸附量与吸附剂浓度及吸附质浓度之间的定量关系,但是,至今只在离子吸附体系中得到验证。本文选用果壳活性炭作为吸附剂,在苯酚起始浓度50-1000 mg/L和吸附剂浓度5-25 g/L范围内,研究该吸附体系的平衡等温吸附过程及动力学过程,探讨四组分吸附模型在在分子吸附体系中的有效性和适应条件。主要研究结果如下:(1)利用农副产品加工生产的果壳活性炭能高效、快速地吸附去除废水中的苯酚,是一种很有前景的净水材料。温度对该吸附的影响不显著,在10-40℃范围内,吸附量随温度的升高而略有减小;溶液起始pH值对吸附量有显著影响,控制含酚废水溶液pH值在酸性至中性条件下有利于提高吸附去除率。(2)果壳活性炭对水溶液中苯酚的吸附体系中存在吸附剂浓度效应;经典的Langmuir与Freundlich等温方程参数不恒定为常数,而是随吸附质浓度C0和吸附剂浓度W0变化而不断发生变异,给W0、变化C0或给定C0、变化W0所获得的拟合参数用于比较不同吸附剂的吸附性能、或进行热力学估算都有可能导致错误结论。(3)果壳活性炭吸附水溶液中苯酚的规律符合四组分吸附模型,苯酚平衡吸附量和去除率由溶液中起始吸附质浓度C0和吸附剂浓度W0的相对水平决定,给定C0/W0比值,平衡吸附量具有唯一对应的值;由四组分吸附模型推导出的平衡吸附量预测方程可以准确地预测给定C0和W0条件下苯酚的吸附量,表明前人在一系列固液相离子吸附体系研究基础上提出的四组分吸附理论同样适用于分子吸附体系。(4) Lagergren准二级动力学方程能很好地拟合果壳活性炭吸附水溶液中苯酚的动力学过程,但其参数随C0和W0变化且不能确定其间的函数关系;基于四组分吸附理论推导得出的动力学方程与该实验数据吻合程度很高,其参数与C0和W0具有稳定的函数关系,可以作为给定C0、W0条件下果壳活性炭-苯酚吸附动力学过程的预测模型。本文证实了经典吸附理论在应用中存在吸附剂浓度效应、参数变异等问题,四组分吸附模型则可以有效地消除吸附剂的浓度效应,有效地解决了固/液相分子吸附过程中的定量计算准确性问题,为吸附法处理含苯酚废水的定量研究提供了理论依据。
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