改性活性炭对水中天然有机物吸附

1、本科学生毕业论文论文题目：改性活性炭材料对水中天然有机物的吸附性能研究学 院：年 级：专 业：姓 名：学 号：指导教师： 2012 年 5 月 21 日摘要本论文对比了不同碳材料椰壳碳和市场碳对水中有机污染物单宁酸，腐植酸，苯酚以及罗丹明B的吸附效果研究，同时我们也探究了单宁酸和腐植酸分别存在时对苯酚的吸附影响竞争吸附。配制不同浓度的单宁酸，腐植酸，苯酚，罗丹明B，震荡相同时间，测定吸光度，根据吸光度和浓度之间关系的标准曲线计算出吸附后的剩余浓度以选出最佳吸附浓度。改变震荡时间从5 分钟到60分钟不等，以便考察不同时间对吸附效果的影响。实验结果表明：椰壳碳对水中有机污染物的吸附效果比市场碳好。

2、随着吸附时间的增长两种碳吸附后剩余的浓度均呈递减趋势，时间较短时效果明显，时间较长时，虽有递减趋势但差别不大。在水中存在腐植酸或单宁酸时，碳材料对苯酚的吸附效果减弱。关键词碳材料；有机污染物；吸附；吸光度AbstractThis paper compares the different carbon materials coconut shell carbon and carbon to organic pollutants in water of tannic acid, humic acid, phenol and Rhoda mine B adsorption effects of ta

3、nnic acid to phenol, and explores the competitive adsorption of humic acid on competitive adsorption of phenol and. Preparation of different concentrations of tannic acid, humic acid, phenol, Rhoda mine B, shocks the same time, according to the measured absorbance absorbance and concentration, the r

4、elationship between the standard curve to calculate the residual concentration of adsorbed to select the best adsorption concentration. Change the vibration time from 5 minutes to 60 minutes, in order to study the different time of adsorption effect. The experimental results show that: coconut shell

5、 carbon to organic pollutants in water by adsorption effect than carbon good market. As adsorption time growth of two kinds of carbon adsorbing residual concentrations were a trend of decreasing time is short, effect is apparent, for longer periods of time, although has degressive tendency but littl

6、e difference. In water in the presence of humic acid and tannic acid, carbon material on phenol adsorption effect weakened.Key wordsCarbon materials; organic pollutants; adsorption; absorbanceI目录摘要IAbstractII前言11. 绪论21.1课题背景21.2天然水中有机物处理方法简介及研究进展31.2.1天然水中有机物特性及污染源31.2.2吸附法31.2.3氧化法41.2.4混凝法51.2.5膜滤

7、法61.3课题研究的目的、意义和主要内容61.3.1研究的目的和意义61.3.2研究的主要内容72. 实验材料与方法72.1实验药品72.1.1实验药品72.1.2溶液配制82.2实验仪器82.3实验原理92.4实验步骤92.4.1标准曲线测定实验92.4.2等温吸附实验102.4.3动力学吸附实验102.4.4竞争吸附实验102.5数据分析方法112.5.1平衡吸附量的计算112.5.2吸附平衡方程112.5.3吸附动力学方程123. 结果与讨论133.1对单宁酸的吸附性能研究143.1.1单宁酸的标准曲线143.1.2单宁酸的浓度曲线143.1.3单宁酸的吸附动力学曲线163.2对腐植酸的

8、吸附性能研究173.2.1腐植酸的标准曲线173.2.2腐植酸的浓度曲线173.2.3 腐植酸的吸附动力学曲线183.3对苯酚的吸附性能研究193.3.1 苯酚的标准曲线193.3.2苯酚的浓度曲线203.3.3苯酚的吸附动力学曲线213.4对罗丹明-B的吸附性能研究223.4.1罗丹明B的标准曲线223.4.2罗丹明B的浓度曲线233.4.3罗丹明B的吸附动力学曲线243.5竞争吸附253.5.1单宁酸对苯酚的竞争吸附曲线253.5.2腐植酸对苯酚的竞争吸附曲线26结论28参考文献29致谢31改性活性炭材料对水中天然有机物的吸附性能研究前言由于我国的经济迅猛增长，人口数量不断增多，饮用水资源

9、短缺，需求量增加，但人类大量浪费，没有意识到淡水的重要性，导致水资源短缺现象更加的严重。我国是世界上人口最多的国家，随着人们生活的更加富裕，节约用水的意识越来越淡漠导致污水排放量大大增加。这一点，90年代以来特别明显。1999年 环保总局.2004年中国环境状况公报.环境保护,2005(6):3-9.，我国城市生活污水排放总量首次超过了工业废水排放量，我们国家现已经由工业废水污染源为重点逐渐向生活废水为重点转变。就目前趋势来看，我国生活污水排放量的增加速度之快已经远远超出了我国可处理污水的能力。根据国家有关政策以及做出的相应方案要求，在2010年之前，水处理容量应达到50%。根据这个要求，我国

10、生活废水急需研制出新的方案进行更加严格，更加经济且更为普遍适用的城市乡镇污水废水处理方案。水污染主要是人类自身不遵循自然规则，随意排放所造成的，主要有生活污水，农业污水和工业污水三大类。工业废水排放量大而且面积覆盖较广，成分错综复杂，有毒又不容易处理，处理后不彻底，因此是重要的污染来源，不容忽视。有关资料记载，污水的量逐年增加，工业污水的比重也越来越大。但污水排放量不止这些，还有许多乡镇企业排放的污水没有算在内，真实的数字难以估算。动物的粪便，农药，化肥是造成污染的主要因素。在农业受到污染的水体中，含有丰富的机质、植物营养物还有病原微生物等等，而且农药、化肥的含量也是相当的高。我国的水土保持工

11、作效率不高，造成水土严重流失，地表径流将土壤中的污染物带到河流和湖泊。由于过量营养元素的存在，水体呈现富营养化。危害的具体表现是浮游藻类和其他水生生物过度繁殖，溶氧量急剧下降，增加了水的浊度，降低了水体质量。在中国，目前还没有农业方面的相关检测工作，因此面对如此的污染现状，我国急需制定相应的法律法规来治理相应的污染。生活污染主要来源于日常生活中各种洗衣粉，洗涤剂以及垃圾产生的污水、粪便，大多都是无机盐类，其中也含有氮、磷、硫较多，是典型的有机废水。1. 绪论 随着科学技术的日新月异，社会发展一日千里，在物质生活水平提高的同时却使环境污染越来越严重。生态破坏，资源耗竭，环境污染，粮食短缺等世界性

12、问题，日益突出。面对如此严峻的问题，各个国家虽然已经着手解决，但是由于意识的淡泊，受到的成效却是微不足道的。21世纪是个可持续发展的世纪，必然要求国家的发展综合考虑环境的承载力和可再生性。另外，由于环境问题日渐成为制约社会发展的重要因素，使得人们不得不思考如何解决好发展和环境的相容关系。因此,环保工作将成为未来的重要的领域和热点。治理水污染，大气污染，固体废弃物污染，成为世界各个国家竞相发展的重要领域。未来的世界，必是绿色的世界，环保的世界，可持续的世界。1.1课题背景20世纪以来，工业农业迅猛发展，乡村人口大量向城市迁移，城市人口负荷量剧增，大量生活废水不经处理或经处理不符合标准就直接排放，

13、导致我国地表水地下水严重受到污染，生活污水中的有机物无机物也随之进入土壤中从而污染了地表水，从而可供城镇人口引用的自来水来源大大减少。有机物溶于水中给饮用水的净化增加了难度。提高我国乃至整个世界的饮用水标准是保证人类健康的重要手段，我国检测水质的手段不断增多，标准也在步步提升。水中有机物在水处理中影响很大，它可以保护胶体，使胶体更加稳定，污水处理难度加大。不仅如此，有机物自身也难以被降解，至今未有较好的办法，常规方法是用氯消毒，但加氯后所产生的有机卤化物中有许多是致癌物，危害人类健康。在非严重污染水体中，有机物的浓度并不是很高，但是水中可同化有机物质(assimilable organic c

14、ompounds，AOC)会影响管网的稳定 崔保山,刘兴土.湿地生态系统设计的一些基本问题探讨J.应用生态学报.2001, 12(1):145-150.，使细菌大量滋生，引起病毒传播；不仅如此，有的有机物具有生物富集性，会在人体内长期生长扎根，危害人体健康，甚至威胁生命安全。如果用氯消毒进行污水处理，有机物也会参与反应，生成致畸致癌致突变的副产物，例如许多卤代有机物等。因此，去除水中有机物是我国乃至全世界所要研究的有关水污染治理方面的重大课题之一。1.2天然水中有机物处理方法简介及研究进展混凝法、吸附法、膜滤法和氧化法是去除天然水体中有机物的常用方法。各种方法有各自的优缺点，相比而言，吸附法的

15、优点突出。1.2.1天然水中有机物特性及污染源有机物习惯上分为天然有机物和人工有机物，其分类依据是来源的差别。动植物尸体腐烂之后被微生物分解，一部分转化为无机物，一部分转化为有机物，这就是天然有机物的来源。土壤中存在腐殖质和非腐殖质两大类。腐殖质又分为从土壤中渗出和由植物分解所生成的有机质：腐植酸和富里酸。非腐殖质本实验不做介绍，因此不详展开。人工合成的有机化合物多数是有毒的，例如农药化肥、或是工业污水不达标排放所带来的各种有机物。下面简单介绍天然水体中所含的几种有机物：1、天然水体中常见且易溶于水的有机酸 白晓慧,王宝贞,余敏.人工湿地污水处理技术及其发展应用J.哈尔滨建筑大学学报.1999

16、, 32(6):88-92.是单宁酸。在氯气消毒的饮用水中，单宁酸发生反应生成了各种卤代有机物，这些物质可以致畸致癌致突变。并且，单宁酸在各行各业中应用广泛，随着污水会流到江河湖海中去，进入自然水体的单宁酸大量消耗水中的溶解氧，是水中生物死亡，破坏生态平衡，使水质变差，影响视觉、嗅觉效果 娄红波,王建中,张萍,钟耀,沙净,杨建涛.电化学法处理苯酚模拟废水的研究J.环境科学与管 理.2008,33(2):72.。2、苯酚和它的一系列衍生物属于芳香族有机物，也是废水中常见的一类有机物，它的毒性很高，会引起人体不适例如头晕、恶心等症状。苯酚难降解 刘琼玉,李太友.含酚废水的无害化处理技术进展J.环境

17、污染治理技术与设备.2002, 3(2):62-65.，含酚废水通常通过炼油、是有化工、木材加工、煤气、炼焦等工业废水排出。3、腐植酸 Jiang Wei gong, et al. Water pollution control planning for the Tai zi River water shed J. Journal of Environmental Sciences.1996, 8(1):110-119.是动植物腐烂分解所产生的腐殖质的主要形态，通常呈现黑色或是深褐色。极易溶于水，显酸性，是应用水中有机碳的主要来源，如果饮用水中含有腐植酸会使饮用水变色不纯，口感不佳。腐植酸之所

18、以威胁人类生命和健康是由于它具有三致作用。所以只有去除腐植酸才能保障饮用水的安全。1.2.2吸附法吸附处理技术 邓宝辉,陶清.城市污水处理厂污泥处置与利用探讨J.有色冶金设计与研究.2003, (2): 12-16.就是利用一些具有吸附性的材料放入水中去除水中污染物以达到净化水体的目的。实际生活应用中常用的吸附剂有活性氧化铝、活性炭、沸石、离子交换树脂、二氧化硅、硅藻土。但要数活性炭的应用范围最广，因为活性炭材料有很多的小孔，水中的有机物可以通过小孔被吸附到活性炭中，表面憎水，却对水中污染物有极强的吸附能力，可以有效的去除水中污染物，不仅吸收了污染物，还能吸收各种刺激性气味、去掉氯化有机物、水

19、体的颜色、农药、以及人工合成有机物。活性炭由于其具有很多的小孔而且表面积很大，从古至今就在医药、食品方面有广泛的应用。随着科学技术的发展，活性炭的优质性能不断被科研工作者们发现，以吸附剂和催化剂载体在工业、国防、环保、农业、能源等领域得到了更广泛的应用 于平,姚琳,罗运柏.高浓度含酚废水处理的新工艺J.环境污染治理技术与设备.2002, 3(9):52-54。空气及气体净化、气体分离、液体和溶液的脱色与净化及水处理等各个领域 周玲玲,张永吉,孙丽华.铁盐和铝盐混凝对水中天然有机物的去除特性研究J.环境科学.2008, 29(5):11-88. 中常用到活性炭，可见本世纪活性炭技术已经逐渐成熟。

20、医学上推广的活性炭也取得了可观的成果。曾有一段时间天然气代替汽油在国外得到推广，虽然绿色无污染，但动力不足。活性炭被认为是最佳吸附剂 胡万里.混凝混·凝剂混·凝设备M.北京:化学工业出版社2001,29-32.。Quinn和Macdonald John-Mark Davies, Asit Mazumder. Health and environmental policy issues in Canada-the role of watershed management in sustaining clean drinking water quality at surface

21、 sourcesJ. Journal of Environmental Management.2003, 6(8):273-286.两人为了研究在固定的容积下尽可能存储较多的天然气。在1992年提出用经蒸馏水活化的PVDC炭和经CO2活化的CNS炭作为吸附剂 赵艳梅,于建伟,杨敏等.均相表面扩散模型在活性炭吸附去除水中典型嗅味物质中的应用J.环境科学学报.2007, 27(12):1944-1950.；随后他们又一同研制了用60%的活性炭和40%由Saran Li Yong, et al. Changes of surface water pollution of Suzhou region:

22、 a case study in Tai cang County, ChinaJ. Journal of Environmental Sciences.1998, 10(3):282-290.橡胶合成所得的聚合物碳制成的炭材料作ANG的吸附剂 王珂.饮用水中有毒副产物的氯化特性及净水工艺控制研究.山东大学.硕士学位论文.2008: 23-54.。成熟而经济的ANG装置的研究开发，或者是用于工业化的气体分离及净化的流程设计都需要了解吸附质压力及温度变化范围很大的情况下的吸附等温线及其他特性，如吸附热、多组分吸附平衡等行为做出确切的说明。Matrang等人 张婧怡.活性炭对天然水体中低浓度有机污染

23、物的吸附特性以及目标有机物与NOM的竞争吸附.西安建筑科技大学.硕士学位论文.2010,1-65.运用纯甲烷模型对活性炭表面天然气的吸附进行了数值模拟，研究结果表明：ANG的最大能量密度则是0.25，这个数字和CNG的0.29的能量密度已是十分相近，在假设汽油的能量密度是1的情况下。正是由于这些实际应用的需要推动了活性炭吸附理论研究的不断发展。在现代的家庭中，尤其是刚装修过的房子，通常采用活性炭作为吸附剂，吸附空气中的甲醛、氨、苯、油烟、香烟等有害气体和各种气味。化学吸附和物理吸附都可以通过活性炭进行，净化空气。二者相结合。芳香类化学物质可以用作催化剂、吸附剂、催化剂载体。其中的吸附效果很好，

24、但是可以致癌。容易吸附空气中的有害有毒气体，使空气变得清新，吹出清爽的空气，保护人体健康，营造清净舒适的环境。除了活性炭吸附还有活性氧化铝吸附、粘土吸附、沸石吸附等。1.2.3氧化法臭氧是一种强氧化剂，开始用臭氧做消毒剂，用于控制水的颜色和除臭，也可以吸附水中有机物，但是臭氧不能无限度的投放入水中，有一定的规定限度，所以不能将水中的全部有机物无机化。臭氧可以破坏化学键，使高分子化合物分解成许多分子量小的物质。饮用水经氯消毒后的“三致物质”，经臭氧预处理后，降低“三致物质”的浓度，但有时可能会导致副效应，这要视水质而定，因臭氧会与水中许多污染物反应产生副产物，如：醇、酮、醛。光催化氧化的氧化能力

25、超出了臭氧，能氧化除去水中有机污染物（包括细菌等），产物是水、CO2等无机物。据报道称利用TiO2能将污水中的有机卤素化合物几乎全部脱除，总有机碳量降低90%以上，同时大量减少盐分、重金属等污染物。光催化氧化较为突出的特点就是超强的氧化能力，对水中较难被氧化的多种氯化有机物都有很好的去除效果，可以去除氯化物中大量的氢，脱氢后的氯化物无毒可以安全饮用，提高水质。1.2.4混凝法网捕沉淀、吸附架桥、电性中和去除天然水中的胶体、悬浮物、固体颗粒等，而且去除率较高。但有机物分子质量很小，且溶解在水中，以上方法难以去除，效率极低，只有强化混凝可以提高去除效率。强化混凝是指在天然水体重加入过量混凝剂，调节

26、pH值，这样可使水中有机物去除效率大大增加，有效去除消毒副产物的前体物(DBPFP)。对不同的水体，有不同的最佳混凝剂。据文献报导 Wang Z M, Wang Z X, Yamashita N, et al. Changes in microporosity and CH4 adsorptivity of preoxidized pitch-based activated carbon fibers by Mg depositionJ. Journal of Colloid and Interface Science.2004, 276(1):151-158.，对于天然有机物来说，用铁盐比用

27、铝盐的去除效果要好的多；阳离子高分子絮凝剂可以单独当混凝剂用，但阴离子型和非离子型絮凝剂单独应用效果不佳，被用作助凝剂时，提高固液分离效果，可以大大提高TOC的去除率。混凝强化过程主要环节是：(1)（Fe(OH)3或Al(OH)3）絮体的生成对天然有机物吸附有很大作用；(2)此机理类似电性中和问题，通过反应有机物和混凝剂生成不溶于水的络合物。通过沉淀去除。1.2.5膜滤法膜滤法是新兴的提纯、浓缩、高效分离、净化技术，用附加能量作为推动力，用高分子膜作为介质，对多组分溶液进行表面过滤分离的处理方法。早在上个世纪，膜滤法污水处理技术已在国外开始使用，是污水高度净化的有效手段。膜滤法能有效去除水中色

28、度、嗅味、微生物、消毒副产物前体及其他有机物等，适用范围广，且不需使用其他有毒药剂。主要的方法有微滤(MF)、超滤(UF)、反渗透(RO)、和纳滤(NF)等。反渗透 Bán A, Schafer A, Wendt H. Fundamentals of electrosorption on activated carbon for wastewater treatment of in dustrial effluentsJ.Journal of Applied Electrochemistry.1998,28(3):227-236.常常用来除去消毒副产物、表面活性剂、水中的农药、腐植酸

29、和色度 Xin Yu, et al. Improving Removal Efficiency of Organic Matters by Adding Phosphorus in Drinking Water Biofiltration TreatmentJ. Biomedical and Environmental Sciences.2003, 16:29-39.等。该技术优点很多。例如：分离系数大，不需高温在常温下即可完成、对有机物的处理普遍适用、物质不会发生相变、操作简单方便易掌握等。因此，该项技术受到以美国为代表的国家阵营的青睐，他们高度重视，已被视为控制消毒副产物的最佳工艺之一。膜

30、滤法对进水是有要求的，经膜滤法处理的水必须是已经经过各种预处理和各种常规处理，防止因污水中有过多的沉淀物造成膜堵塞，或各种杂质将膜污染等，如此一来，机器需要维修处理，造成不必要的麻烦而且运行成本大大提高，失去了原有水处理技术的意义。该技术最大的优点便是能供给稳定可靠地水质，但也有棘手的问题，如：反渗透、超滤的浓缩液和正常水处理后所产生的废水不同，且该处理产水量小、成本高。因此该技术尚未在我国广泛的应用，只有某些特定行业对水质的要求很高时，才应用此技术进行水处理。但由于膜价格近年来有所下降，清洗方式亦有所改进，所以该技术仍有广阔的应用前景，值得我们去研究开发。1.3课题研究的目的、意义和主要内容

31、1.3.1研究的目的和意义对于天然水中有机物的处理技术虽说是各种各样的，但各自也都有自己的缺陷，如：混凝法对在水中溶解的高的有机酸去除率较低；常用的一些混凝剂具有一定的毒性；反渗透、纳滤膜虽然可以有效去除天然水中有机污染物，可是滤膜会造成环境污染，并且人类面对膜污染问题一直是束手无策，且运行成本高 林永波,肖玲玲,孙少晨,蔡体九.环境保护科学M,2007,33:41-43.。氧化法所产生的溴乙酸、醛类物质也具有生物毒性；因此综合分析各个方面，吸附法具有较广阔发展的前景。很多年以前水处理中就用到了活性炭。常规的市场炭吸附效果不佳，对水中污染物吸附不彻底。椰壳炭通过高温水蒸汽法活化碳化后的椰壳制得

32、。椰壳活性炭具有极强吸附性能，其表现为吸附速度快、机械强度大、吸附容量大。椰壳活性炭的最大吸附容量除了与外界条件有关外，受椰壳活性炭自身的比表面积影响很大。表面性质对吸附速度的影响与孔径大小和空隙分布有很大关系。为了利于吸附质在水中的扩散，用来处理水的椰壳炭孔径必须十分的发达。椰壳活性炭使用寿命与磨损程度有很大关系。1.3.2研究的主要内容本研究以椰壳炭材料为研究主线，考察该材料在水处理过程中的实用性，同时针对水中不同污染物用椰壳炭和市场炭分别吸附，考察比较两者最大吸附量以及与目标物的结合能力，对比其吸附效果；在不同浓度和不同时间下两者吸附效果有何变化；在有单宁酸或腐植酸存在的情况下是否对苯酚

33、的吸附有影响。2. 实验材料与方法2.1实验药品2.1.1实验药品表2-1实验药品名称规格椰壳炭实验室自制市场炭实验室自制单宁酸分析纯腐植酸分析纯苯酚分析纯罗丹明-B分析纯NaOH化学纯2.1.2溶液配制1、单宁酸溶液的配制：用分析天平称取200mg单宁酸粉末于小烧杯，加适量水，搅拌加速溶解，转移至1000mL容量瓶中，用蒸馏水定容，备用。2、腐植酸溶液的配制：在1000mL烧杯中加适量蒸馏水，用NaOH溶液调节pH于8-10之间。用电子天平称取200mg腐植酸固体，加入烧杯，并将烧杯置于磁力搅拌器上，加速溶解。待溶解完全之后，转移至1000mL容量瓶中，蒸馏水定容，待用。3、苯酚溶液的配制：

34、用电子天平称取400mg苯酚晶体于小烧杯，加适量水，搅拌溶解，转移至1000mL容量瓶中，蒸馏水定容，待用。4、罗丹明-B溶液的配制：用电子天平称取200mg罗丹明-B绿色粉末于小烧杯，加适量水，搅拌溶解，转移至1000mL容量瓶中，蒸馏水定容，待用。2.2实验仪器表2-2实验仪器名称型号循环水真空泵SHZ-D()恒温振荡器THZ-82电热鼓风干燥箱DHG-9023A电子天平不详磁力搅拌器HJ-6A可见分光光度计UV-2550紫外分光光度计V-12002.3实验原理1、椰壳活性炭自身有独特的孔隙结构：椰壳活性炭主要成分是碳。表面是黑色的，内部有独特且发达的小孔结构，吸附能力强于一般材料，是一类

35、微晶质碳素材料。之所以说它的孔隙发达是因为，材料中有大量肉眼无法观测到的微孔，1g活性炭材料的微孔如果将它展开平铺后，表面积可达到8001500平方米，特殊用途的更高。换而言之，活性炭如果被比作一颗黄豆粒，那么微孔的内表面积可能相当于一个客厅面积的大小。有如人体毛细血管般高度发达的孔隙结构，决定了椰壳活性炭材料有良好的吸附能力。2、分子之间的相互作用力：分子是无时无刻在做不规则运动的，且分子之间具有相互作用力，使它们彼此之间相互吸引，当一个有机物分子被捕捉到活性炭的微孔中时，其他的有机物分子由于受到吸引力的作用都会被接二连三的吸收到微孔内，越来越多的分子不断的被吸入，知道达到吸附平衡为止。2.

36、4实验步骤2.4.1标准曲线测定实验腐植酸：配制1mg/L、5mg/L、10mg/L、15mg/L、20mg/L、30mg/L不同浓度的溶液，用紫外分光光度计测其吸光度。单宁酸：配制2mg/L、4mg/L、6mg/L、8mg/L、10mg/L不同浓度的溶液，用紫外分光光度计测其吸光度。苯酚：配制5mg/L、10mg/L、15mg/L、20mg/L、30mg/L不同浓度的溶液，用紫外分光光度计测其吸光度。罗丹明B：配制2mg/L、4mg/L、6mg/L、8mg/L、10mg/L不同浓度的溶液，用可见分光光度计测其吸光度。2.4.2等温吸附实验将200mg/L的腐植酸、单宁酸和400mg/L的苯酚

37、分别稀释至10mg/L、20mg/L、40mg/L、60mg/L、80mg/L、100mg/L、120mg/L。再将这七种不同浓度的溶液分别取10mL于小锥形瓶中，分别加入10mg的炭材料。放入恒温振荡器中震荡30min，温度设为25摄氏度。震荡后取出抽滤，将滤液移入小塑料管中，用紫外分光光度计分别在254nm、276nm、270nm处测量其吸光度。将200mg/L的罗丹明B稀释成20mg/L、25mg/L、30mg/L、35mg/L、40mg/L、45mg/L、50mg/L。再将这七种不同浓度的溶液分别取10mL于小锥形瓶中，分别加入10mg的炭材料。放入恒温振荡器中震荡30min，温度设为

38、25摄氏度。震荡后取出抽滤，将滤液移入小塑料管中，用紫外可见分光光度计别在553nm处测其吸光度。2.4.3动力学吸附实验根据剩余浓度的多少选出最佳吸附浓度，腐植酸、单宁酸、苯酚、罗丹明B的最佳吸附浓度分别为60mg/L、60mg/L、80mg/L、40mg/L，将最佳吸附浓度各取是10mL于8个小锥形瓶中，分别加入10mg的炭材料，放入恒温振荡器中震荡5min、10min、15min、20min、25min、30min、45min、60min，震荡后取出抽滤，将滤液移入小塑料管中，测量吸光度。2.4.4竞争吸附实验1、考察5mg/L、10mg/L、15mg/L的单宁酸对苯酚的影响配制10mg

39、/L、20mg/L、30mg/L的单宁酸溶液和20mg/L、40mg/L、80mg/L、120mg/L、160mg/L、200mg/L、240mg/L的苯酚溶液。取20mg/L、40mg/L、80mg/L、120mg/L、160mg/L、200mg/L、240mg/L苯酚各5mL于小锥形瓶中，再分别加入5mL 10mg/L的单宁酸，分别加入10mg的炭材料，放入恒温振荡器中震荡30min，震荡后取出抽滤，将滤液移入小塑料管中，于270nm处测量吸光度。将10mg/L换成20mg/L、30mg/L重复以上操作。2、考察5mg/L、10mg/L、15mg/L的腐植酸对苯酚的影响配制10mg/L、2

40、0mg/L、30mg/L的腐植酸溶液和20mg/L、40mg/L、80mg/L、120mg/L、160mg/L、200mg/L、240mg/L的苯酚溶液。取20mg/L、40mg/L、80mg/L、120mg/L、160mg/L、200mg/L、240mg/L苯酚各5mL于小锥形瓶中，再分别加入5mL 10mg/L的腐植酸，分别加入10mg的炭材料，放入恒温振荡器中震荡30min，震荡后取出抽滤，将滤液移入小塑料管中，于270nm处测量吸光度。将10mg/L换成20mg/L、30mg/L重复以上操作。2.5数据分析方法2.5.1平衡吸附量的计算 (2-1)式中：qe为吸附剂平衡吸附容量（mg/

41、g）； C0为溶液中有机酸的初始浓度（mg/L）； Ce为溶液中有机酸平衡浓度（mg/L）； V为溶液体积(L)； W为吸附剂质量（g）；2.5.2吸附平衡方程1、Langmuir吸附等温式是理想的单层吸附模型，溶液中的溶质吸附很多遵循该模型 解建坤,岳钦艳,于慧.污泥活性炭对活性艳红K-ZBP染料的吸附特性研究J.山东大学学报.2007,42(3):64-7.。Langmuir吸附模型假设吸附剂表面均匀，各处的吸附能相同；吸附是单分子层的，当吸附剂表面为吸附质饱和时，其吸附量达到最大；在吸附剂表面上的各个吸附点没有吸附质转移运动；得到动态平衡时，吸附和脱附速度相同。由吸附动力学方法可推导出平

42、衡吸附量qe和液相平衡浓度Ce的关系为： (2-2)式中：qe为平衡吸附量；qm为单位吸附剂表面覆盖单分子层时的最大吸附量；KL为吸附系数，与温度及吸附热有关； Ce 为被吸附平衡后剩余吸附质的浓度。公式变形为： （2-3）以Ce为横坐标，Ce/qe为纵坐标作图，根据斜率和截距可求得qm和KL的值。2、Freundlich Wei Q S, Wang D S, Wei Q, et al. Size and resin Fractions of dissolved organic matter and trihalomethane precursors from four typical sou

43、rce waters in ChinaJ.Environmental Monitoring and Assessment.2008,141(1-3):347-357.吸附等温式是非线性模式，该模式依据恒温吸附试验结构所推导，并未限定单层吸附，可用于不均匀表面的条件下，此模式适用于高浓度吸附质吸附现象的描述，对于低浓度吸附质则不符合实际吸附现象，该经验公式的方程如下： （2-4）式中：KF 是Freundlich吸附系数，与吸附剂的性质和用量、吸附质的性质以及温度等有关。 n是Freundlich常数，与吸附体系的性质有关。将式（2-3）两边取对数，可得如下方程： （2-5）以logqe为纵坐标

44、，log Ce为横坐标作图，根据斜率和截距可求出n值和KF值。2.5.3吸附动力学方程1、吸附分三个过程：第一阶段为污染物通过水面扩散到活性炭的外表面（膜扩散）；第二阶段为污染物在活性炭内的扩散（颗粒扩散）；第三阶段为吸附发生在吸附剂内部即活性炭内部。通常第一步和第二步的吸附速率要远大于第三步的吸附速率，第三步的吸附速率对整体影响较小几乎可以忽略。第一和第二阶段决定了吸附速度。在一般情况下，吸附过程开始时吸附速率往往由膜扩散控制，当吸附快要达到平衡时吸附速率由第二阶段的颗粒扩散所控制。假一级吸附动力学、假二级吸附动力学和粒子内扩散反应等方程是常用的吸附动力学方程。假一级吸附动力学方程是假设吸附

45、受扩散步骤控制，吸附速率正比于平衡吸附量与t时刻吸附量的差值。假一级动力学模型可以用下式表示： （2-6）式中：qe和qt分别是平衡吸附量和时间t时的吸附量；k1是假一级吸附速率常数。以log(qe-qt)为纵坐标，t为横坐标作图，根据斜率和截距可求得k1和qe。2、假二级吸附动力学方程是假设吸附速率受化学吸附机理的控制，这种化学吸附涉及到吸附剂与吸附质之间的电子共用或电子转移。假二级动力学表达式为： （2-7）以t/qt为纵坐标，t为横坐标作图，根据斜率和截距可求得qe和k2。3. 结果与讨论为了评价两种不同炭的吸附行为，本次研究对于浓度采用Langmuir和Freundlich两种等温线模

46、型对实验数据进行拟合分析。Langmuir公式表达的是目标物分子大小与水分子相近，在活性炭表面以单分子层形式进行吸附；Freundlich公式表达的是目标物在异质表面上的吸附。动力学采用假一级动力学模型假定吸附受扩散步骤控制和假二级动力学模型假定吸附速率受化学吸附机理控制。3.1对单宁酸的吸附性能研究3.1.1单宁酸的标准曲线图3-1表示单宁酸的吸光的和浓度之间的线性关系，横坐标为浓度纵坐标为吸光度，从图中可以得出它的线性回归方程是A=-0.00709+0.04076C。该曲线线性关系良好，可用作标准曲线对剩余的单宁酸做定量测试。图3-1单宁酸的标准曲线3.1.2单宁酸的浓度曲线根据图3-2

47、Langmuir方程拟合结果可求得椰壳炭的qm=64.52、KL=0.1038；市场炭的qm=58.48、KL=0.0981。图3-2两种炭对不同浓度单宁酸的吸附（Langmuir方程拟合结果） 根据图3-3 Freundlich方程拟合结果可求得椰壳炭的n=2.385、KF=11.43；市场炭的n=2.268、KF=9.087。图3-3两种炭对不同浓度单宁酸的吸附（Freundlich方程拟合结果）从图3-2、3-3中的线性回归结果可知Langmuir方程和Freundlich方程都能很好的描述单宁酸在两种不同炭材料上的吸附效果，但Langmuir方程的拟合效果更好，Langmuir吸附模型

48、是理想的单层吸附模型，溶液中的溶质吸附很多遵循该模型，当吸附剂表面为吸附质饱和时，其吸附量达到最大即为qm值，qm的大小反映活性炭对目标物的吸附能力；KL为吸附常数，反映了目标物与活性炭上吸附位的结合能力，因椰壳炭qm=64.52大于市场炭qm=58.54且椰壳炭KL也比市场炭的要大，所以椰壳炭的吸附能力比市场炭要强，对于有机物单宁酸的吸附更彻底，单宁酸与椰壳炭上吸附位的结合能力也较强。3.1.3单宁酸的吸附动力学曲线图3- 4两种炭在不同时间下对单宁酸的吸附（假一级动力学方程拟合结果） 图3- 5两种炭在不同时间下对单宁酸的吸附（假二级动力学方程拟合结果）根据图3-4、3-5可以看出因假二级

49、拟合方程线性相关系数R2均在0.99以上，因此活性炭对单宁酸的吸附动力学方程符合假二级动力学方程。该模型已成功的与应用于一些生物吸附过程中。随着吸附时间的延长，对单宁酸的吸附量逐渐增加，直到达到吸附平衡为止。根据斜率和截距求出椰壳炭的qe=40.49、K2=0.0194；市场炭的qe=34.01、K2=0.0240。qe为平衡吸附量，K2为假二级动力学吸附速率常数。由此可见市场炭比椰壳炭略先达到平衡，但平衡时的最大吸附量要小于椰壳炭。3.2对腐植酸的吸附性能研究3.2.1腐植酸的标准曲线图3-6表示腐植酸的吸光的和浓度之间的线性关系，横坐标为浓度纵坐标为吸光度，从图中可以得出它的线性回归方程是

50、A=-0.008+0.0091C。该曲线线性关系良好，可用作标准曲线对剩余的腐植酸做定量测试。图3-6腐植酸标准曲线3.2.2腐植酸的浓度曲线图3-7两种炭对不同浓度腐植酸的吸附（Langmuir方程拟合结果）根据图3-7 Langmuir方程拟合结果可求得椰壳炭的qm=81.30、KL=0.0171；市场炭的qm=73.53、KL=0.0133。 图3-8两种炭对不同浓度腐植酸的吸附（Freundlich方程拟合结果）根据图3-8 Freundlich方程拟合结果可求得椰壳炭的n=1.366、KF=2.066；市场炭的n=1.302、KF=1.439。从图3-7、3-8中的线性回归结果可知L

51、angmuir方程和Freundlich方程都能较好的描述腐植酸在两种不同炭材料上的吸附效果，但Freundlich方程的拟合效果更好，1/n一般在0.1000.500之间，n越大吸附越容易进行，KF为吸附常数，KF值越大，活性炭吸附容量越大，吸附性能越好。根据以上拟合结果由于椰壳炭的n=1.366大于市场炭的n=1.302且椰壳炭的KF=2.066大于市场炭的KF=1.439所以充分证明腐植酸在椰壳炭上比在市场炭上容易吸附，椰壳炭的吸附性能相对较好。当1/n不在0.1000.500范围之内，1/n值偏大，因此这两种炭用来吸附水中的有机物腐植酸尚且不能达到高度净化的目的，只能降低天然水体中此有

52、机物的含量。3.2.3 腐植酸的吸附动力学曲线根据图3-9、3-10可以看出因假二级拟合方程线性相关系数R2均在0.99以上，因此活性炭对腐植酸的吸附动力学方程符合假二级动力学方程。与吸附单宁酸情况类似。随着吸附时间的延长，活性炭对腐植酸的吸附量逐渐增加，直到达到吸附平衡为止。根据斜率和截距求出椰壳炭的qe=23.09、K2=0.074；市场炭的qe=21.98、K2=0.055。由此可见椰壳炭对天然水中有机物腐植酸的吸附比市场炭先到达平衡且平衡时的最大吸附量要椰壳炭大于市场炭。图3-9两种炭在不同时间下对腐植酸吸附（假一级动力学方程拟合结果） 图3-10两种炭在不同时间下对腐植酸吸附（假二级

53、动力学方程拟合结果）3.3对苯酚的吸附性能研究3.3.1 苯酚的标准曲线图3-11表示苯酚的吸光的和浓度之间的线性关系，横坐标为浓度纵坐标为吸光度，从图中可以得出它的线性回归方程是A=0.02897+0.16913C。该曲线线性关系良好，可用作标准曲线对剩余的罗单明B做定量测试。图3-11苯酚的标准曲线3.3.2苯酚的浓度曲线根据图3-12 Langmuir方程拟合结果可求得椰壳炭的qm=87.72、KL=0.1626；市场炭的qm=86.21、KL=0.0491。图3-12两种炭对不同浓度苯酚的吸附（Langmuir方程拟合结果）根据图3-13 Freundlich方程拟合结果可求得椰壳炭的

54、n=2.770、KF=21.97；市场炭的n=1.909、KF=8.209。 图3-13两种炭对不同浓度苯酚的吸附（Freundlich方程拟合结果）从图3-12、3-13中的线性回归结果可知Langmuir方程和Freundlich方程都能很好的描述苯酚在两种不同炭材料上的吸附效果，但Langmuir方程的拟合效果更好，当吸附剂表面为吸附质饱和时，其吸附量达到最大即为qm值，qm的大小反映活性炭对目标物的吸附能力；KL 为吸附常数，反映了目标物与活性炭上吸附位的结合能力，因椰壳炭qm=87.72大于市场炭qm=86.21且椰壳炭KL=0.1626也比市场炭KL=0.0491的要大，所以椰壳炭

55、的吸附能力比市场炭要强，对于有机物苯酚的吸附更彻底，苯酚与椰壳炭上吸附位的结合能力也较强。3.3.3苯酚的吸附动力学曲线图3-14两种炭在不同时间下对苯酚的吸附（假一级动力学方程拟合结果） 图3-15两种炭在不同时间下对苯酚的吸附（假二级动力学方程拟合结果）根据图3-14、3-15可以看出因假二级拟合方程线性相关系数R2均在0.98以上，因此活性炭对腐植酸的吸附动力学方程符合假二级动力学方程。与吸附单宁酸情况类似。随着吸附时间的延长，活性炭对苯酚的吸附量逐渐增加，直到达到吸附平衡为止。根据斜率和截距求出椰壳炭的qe=60.61、K2=0.0113；市场炭的qe=54.95、K2=0.0066。由此可见椰壳炭对天然水中有机物苯酚的吸附速率常数远大于市场炭的吸附速率常数，因此到达吸附平衡的时间远大于市场炭。且平衡时的吸附量也要比市场炭大。 3.4对罗丹明-B的吸附性能研究3.4.1罗丹明B的标准曲线图3-16罗丹明B标准曲线图3-1表示苯酚的吸光的和浓度之间的线性关系，横坐标为浓度纵坐标为吸光度，从图中可以得出它的线性回归方程是A=0.0056+0.016C。该曲线线性关系良好，可用作标准曲线对