椰壳活性炭对水中重金属离子的吸附

摘要：研究活性炭对废水中重金属离子的吸附性，以椰壳活性炭与Zn²⁺、Cd²⁺、Pb²⁺和Cu²⁺重金属离子为研究对象，分析在不同pH、活性炭用量、振荡时间以及温度条件下，椰壳活性炭对重金属离子吸附能力的差异。模拟废水实验结果表明：

（1）随着pH的加大，活性炭的吸附量也在增加，当pH>7时，随着pH的加大，活性炭的吸附作用有所减弱，pH=7时，活性炭对溶液中重金属离子的吸附能力强；

（2）活性炭投加量为6g时，其对这4种重金属离子的吸附能力均已达到饱和，并且对Zn²⁺的吸附变化显著；

（3）振荡时间达到200min时，活性炭的吸附效果就达到饱和，其中，活性炭对4种重金属离子吸附能力由强到弱依次为：Zn²⁺>Cd²⁺>Pb²⁺>Cu²⁺；

（4）温度达到30℃时，活性炭对4种金属离子的吸附能力较佳。

未经过处理的生活废水和工业污水的排放，对水资源造成了很大的破坏。重金属污染是常见的一种水污染方式，机械加工、矿山开采、钢铁金属冶炼以及化工企业的生产都会产生大量含有重金属离子的废水。重金属是不可降解的有毒物质，人摄取微量或者低浓度的重金属离子都会对健康产生危害。活性炭是一种比表面积高、孔容大、孔径分布可控、表面化学性质可调，具有高吸附容量、稳定的物理化学性质和高机械强度的吸附剂，可针对重金属离子物理化学性质以及所处化学环境的不同，对废水中的重金属进行快速吸附。

目前，国内外的专家学者通过研究不同类型的活性炭，得出普通的粉煤活性炭吸附性远不如改性后的粉煤活性炭；花生壳粉、汉麻粉体和虾壳等均能制成活性炭，对各种重金属离子均具有一定的吸附作用。

波涛活性炭厂家研究通过，考察椰壳活性炭在不同条件下对Zn²⁺、Cd²⁺、Pb²⁺和Cu²⁺重金属离子的吸附性，探讨椰壳活性炭的吸附条件，现将实验结果分析如下：

一、pH对椰壳活性炭重金属离子吸附性能的影响

在不同pH下，大多数重金属离子容易与水中阴离子以及水分子形成配位数不同的配合物，导致重金属离子的水化半径发生变化，当离子的水化半径较大时，重金属配合物难以进入活性炭内的微孔，从而直接影响活性炭对重金属离子的吸附效果。

在椰壳活性炭用量、温度、振荡时间和恒温振荡器转速相同条件下，对比在不同pH环境下，椰壳活性炭对4种重金属离子吸附效果的差异，结果如图2所示。

由图可知，在不同pH条件下，随着pH的加大，活性炭对4种重金属离子的吸附量也在增加，当到达高吸附量时，活性炭的吸附效果就会慢慢降低。这是因为随着溶液pH的升高，活性炭表面官能团被质子化，从而使表面电势降低，金属离子与活性炭表面的静电斥力减少，因此吸附量就会增加。由于活性炭表面的官能团为弱酸性，随着溶液pH的升高，活性炭上负电势点增多，当pH>7时，溶液中重金属离子含量减少缓慢，即活性炭吸附作用有所减弱，吸附量有所下降。随着pH继续加大，溶液中的OH^-与金属离子的化学作用力加大，导致氢氧化物沉淀的生成，使得吸附量相对降低。所以当pH=7时，活性炭对溶液中重金属离子的吸附能力强。对比椰壳活性炭对这4种离子的吸附量，可以看出Pb²⁺和Cu²⁺更容易被椰壳活性炭吸附。

二、椰壳活性炭用量对其重金属离子吸附性能的影响

在常温常压下，分别取不同投加量的椰壳活性炭，放人50mL初始浓度为1000mg/L的溶液中，调节溶液pH=7，温度均为25℃，振荡时间为60min，恒温振荡器转速为200r/min，结果如图3所示。

由图可知，随着活性炭用量的逐渐加大，吸附效果也越好，直到趋于平衡。从宏观趋势判断，当活性炭用量加到5g之后，它的吸附效果就逐渐平缓，当加到6g之后，它的吸附量不再变化，已经处于饱和状态。从微观分析，当活性炭从0.2g增加到0.5g时，Zn²⁺被吸附的效果较佳，其余3种离子的被吸附量相差较小，从0.5g增加到4g的过程中，Zn²⁺和Cd²⁺被吸附量变化一致，活性炭对Pb²⁺和Cu²⁺的吸附效果相同，当增加到6g时，活性炭对这4种重金属离子的吸附量均已达到饱和，但这4种离子中Zn²⁺被吸附量的变化显著，所以活性炭对Zn²⁺的吸附性较佳。

三、振荡时间对椰壳活性炭重金属离子吸附性能的影响

活性炭在反应体系中的停留时间对重金属的净化效率有影响，在反应过程中不但要保证活性炭在重金属废水中有足够长的停留时间以确保较高的去除效率，但停留时间不宜过长。吸附时间过短，会使吸附进行的不完全，吸附时间过长，在实际应用中会浪费掉更多的能耗，增加吸附成本。在常温常压条件下，控制模拟废水溶液初始浓度为1000mg/L，调节溶液pH=7，温度均为25℃，活性炭投加量为7g，恒温振荡器转速为200r/min，控制不同梯度的反应时间，结果如图4所示。

由图可知，振荡时间越长，椰壳活性炭的吸附量就越大，可以保证活性炭的吸附性得到很大程度的发挥。当振荡时间为200min时，活性炭的吸附效果达到饱和了，随着时间的增加，Zn²⁺和Cd²⁺去除量增长较快，而Pb²⁺和Cu²⁺去除量的增长较为缓慢，因此振荡时间对活性炭吸附Zn²⁺和Cd²⁺的影响较大。随着时间的增长，椰壳活性炭对4种重金属离子吸附能力由强到弱依次为：Zn²⁺>Cd²⁺>Pb²⁺>Cu²⁺。

四、温度对椰壳活性炭重金属离子吸附性能的影响

对比在不同温度条件下，椰壳活性炭对重金属离子的吸附量，结果如图5所示。

由图可知，当初始温度设置在20℃时，随着温度的升高，活性炭的吸附能力也在增强，当温度达到30℃时，活性炭对4种金属离子的吸附能力到达上限，之后，随着温度的升高，活性炭的吸附能力反倒开始逐渐降低，其中对Pb²⁺的吸附能力下降的很快。这是因为吸附反应是放热的，温度越低，越有利于吸附的放热反应，吸附效果越好。

五、结语

本实验后期可以对不同离子浓度的去除率进行研究，探索改性后椰壳活性炭的吸附能力，添加pH空白实验以及活性炭性质表征等。