活性碳吸附综合实验报告

1、1 实验目的(1) 通过实验进一步了解活性炭的吸附工艺及性能； (2) 熟悉整个实验过程的操作； (3) 掌握用“间歇法”、“连续流”法确定活性炭处理污水的设计参数的方法； (4) 学会使用一级动力学、二级动力学方程拟合分析，对 PAC 的吸附进行动力学分析研究；(5) 了解活性炭改性的方法以及其影响因素。2 实验原理2.1 活性炭间隙性吸附实验原理活性炭吸附就是利用活性炭的固体表面对水中一种或多种物质的吸附作用，己达到净化水质的目的。活性炭的吸附作用产生于两个方面，一是由于活性炭内部分子在各个方向都受到同等大小的力而在表面的分子则受到不平衡的力，这就使其他分子吸附于其表面上，此为物理吸附；另

2、一个是由于活性炭与被吸附物质之间的化学作用，此为化学吸附。活性炭的吸附是上述两种吸附综合的结果。当活性炭在溶液中的吸附速度和解吸速度相等时， 即单位时间内的活性炭的数量等于解吸的数量时，此时被吸附物质在溶液中的浓度和在活性炭表面的浓度均不在变化，而达到平衡，此时的动平衡称为活性炭吸附平衡而此时被吸附物质在溶液中的浓度称为平衡浓度。活性炭的吸附能力以吸附量q表示。q=V(C0-C)M=XM式中：q 活性炭吸附量，即单位重量的吸附剂所吸附的物质量，g/g；V 污水体积，L；C0、C 分别为吸附前原水及吸附平衡时污水中的物质浓度，g/L；X 被吸附物质重量，g；M 活性炭投加量，g。在温度一定的条件

3、下，活性炭的吸附量随被吸附物质平衡浓度的提高而提高，两者之间的变化称为吸附等温线，通常费用兰德里希经验公式加以表达。q=K·C1n式中：q 活性炭吸附量，g/g ；C 被吸附物质平衡浓度g/L；K、n 溶液的浓度，pH值以及吸附剂和被吸附物质的性质有关的常数。K、n值求法如下：通过间歇式活性炭吸附实验测得q、C相应之值，将式取对数后变换为下式：lgq=lgK+1nlgC将q、C相应值点绘在双对数坐标纸上，所得直线的斜率为1/n，截距则为K。此外，还有朗缪尔吸附等温式，它通常用来描述物质在均一表面上的单层吸附，表达式为：1q=1qmK·1C+1qm由于间歇式静态吸附法处理能力

4、低、设备多，故在工程中多采用连续流活性炭吸附法，即活性炭动态吸附法。采用连续流方式的活性炭层吸附性能可用勃哈特和亚当斯所提出的关系式来表达。lnC0C-1=lnexpKN0DV-1-KC0tt=N0C0VD-1C0KlnC0CB式中：t 工作时间，h；V 流速，m/h ； D 活性炭层厚度，m；K 速度常数，L/mg·h ；N0 吸附容量、即达到饱和时被吸附物质的吸附量，mg/L；C0 进水中被吸附物质浓度，mg/L；CB 允许出水溶质浓度，mg/L。当工作时间 t = 0，能使出水溶质小于 CB 的碳层理论深度称为活性炭的临界深度，其值由上式 t = 0推出。D0=VKN0lnC0

5、CB-1碳柱的吸附容量（N0）和速度常数（K），可通过连续流活性炭吸附试验并利用公式 t D 线性关系回归或作图法求出。2.2 活性炭吸附动力学实验原理动力学研究各种因素对化学反应速率影响的规律，研究化学反应过程经历的具体步骤，即所谓反应机理。它探索将热力学计算得到的可能性变为现实性，将实验测定的化学反应系统宏观量间的关系通过经验公式关联起来。固体吸附剂对溶液中溶质的吸附动力学过程可用准一级、准二级、韦伯-莫里斯(Weber and Morris)内扩散模型和班厄姆(B angham)孔隙扩散模型来进行描述。（1）基于固体吸附量的拉格尔格伦(Lagergren)准一级速率方程是最为常见的，应用

6、于液相的吸附动力学方程，模型公式如下：qt=qe1-exp-Kt或lnqe-qt=lnqe-Kt式中：qe 平衡吸附量，mg/g；qt 时间为t时的吸附量，mg/g；K 一次方程吸附速率常数，min-1。以log(qe-qt)对t作图，如果能得到一条直线，说明其吸附机理符合准一级动力学模型。（2）准二级速率方程是基于假定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，其公式为：tqt=1Ksqe2+1qet式中Ks为二级吸附速率常数以t/qt对t作图，如果能得到一条直线，说明其吸附机理符合准二级动力学模型。（3）韦伯-莫里斯模型常用来分析反应中的控制步骤

7、，求出吸附剂的颗粒内扩散速率常数。其公式为：qt=Kipt12+C式中，C是涉及到厚度、边界层的常数。Kip是内扩散率常数。qt对t1/2作图是直线且经过原点，说明内扩散由单一速率控制。（4）班厄姆方程常被用来描述在吸附过程中的孔道扩散机理，方程尽管是以经验式提出，但可认为是与Freundlich等温吸附方程对应的动力学方程，这可从理论上导出。其公式为：lglgC0'C0'-q'm'=lgk0m'2.303V+lgt 当线性拟合得到较好直线，拟合系数R2大于0.99时表示此孔道扩散模型能较好的表示实际吸附情况。（5）此外，叶洛维奇(Elovich)方程也

8、是可用来描述反应速率与时间关系的动力学方程，其表达式为：qt=1ln(1+t)2.3 活性炭改性实验原理普通活性炭比表面积小、孔径分布不均匀和吸附选择性能差，故普通活性炭需要进一步的改性，满足实验和工程需要。现在常采用工艺控制和后处理技术对活性炭的孔隙结构进行调整，对表面化学性质进行改性，进而提高其吸附性能。改性方法有表面结构的改性以及表面化学性质的改性两大类。活性炭表面化学性质的改性又可分为表面氧化法、表面还原法负载原子和化合物法以及酸碱改性法三种。本次实验用硝酸对活性炭进行改性，属于表面氧化法。硝酸在适当的温度下对活性炭材料表面的官能团进行氧化，从而提高材料含氧官能团的含量，增强材料表面的

9、亲水性。常用的氧化剂除了硝酸外，还有HClO和H2O2等。3 实验内容3.1 实验设备与试剂表3-1 实验中所用试剂及说明仪器（试剂）数量振荡器1 台500mL 三角烧杯6 个烘箱1 个COD、SS 等测定分析装置一套玻璃器皿若干滤纸、活性炭若干有机玻璃碳柱d=2030mm；H=1.0m配水及投配系统/硫酸亚铁铵现配催化剂硫酸-硫酸银重铬酸钾标准溶液亚铁灵指示剂实验室配备3.2 实验装置实验装置如图3-1和图3-2所示。图3-1 间歇式活性炭吸附装置图3-2 连续式活性炭吸附试验装置3.3 实验步骤3.3.1 活性炭间隙吸附实验(1) 将某污水用滤布过滤，去除水中悬浮物或自配污水，测定该污水的

10、COD、SS等值。(2) 将活性炭放在蒸馏水中浸24h，然后放在105 烘箱中烘至恒重，再将烘干后的活性炭压碎，使其成为能通过200目一下筛孔的粉状炭。因为粒状活性炭要达到吸附平衡耗时太长，往往需要数日或数周，为了使实验能在短时间内结束，应多用粉状炭。(3) 在6个500 mI的三角瓶中分别投加0mg、100mg、200mg、300mg、400mg、500mg粉状活性炭。(4) 在每个三角瓶中投加同体积的过滤后的污水，使每个烧瓶中的COD浓度与活性炭浓度的比值在0.055.0之间。(5) 测定水温，将三角瓶放在振荡器上振荡，当达到吸附平衡(时间延至滤出液的有机物浓度COD值不再改变)时即可停止

11、振荡。(时间一般为30min以上)。(6) 过滤各三角瓶中的污水，测定其剩余COD值，求出吸附量q。3.3.2 活性炭吸附动力学实验(1) 在6个500mI的锥形瓶中投加500mg粉状活性炭，再分别加入400mL原水(过滤后)。(2) 分别在 0min、10min、30min、50min、70min、90min 时过滤测定出水COD，并计算吸附量。 3.3.3 活性炭改性实验 (1) 称取四组质量为 20g 的粉末活性炭，分别放入 200mL 锥形瓶中。 (2) 分别往锥形瓶中添加 100mL 1.2mol/L、3.5 mol/L、7.2 mol/L、13.2 mol/L浓度的硝酸，浸泡粉末活

12、性炭，在常温下放置 2h，期间不断晃动，后用砂芯漏斗进行抽洗，直至活性炭 pH 呈中性，在烘箱中烘干，备用。(3) 在 5 个 500ml 的锥形瓶中分别投加经 1.2mol/L、3.5 mol/L、7.2 mol/L、13.2 mol/L 浓度的硝酸改性的 500mg 粉状活性炭、未经改性的粉末活性炭，再分别加入 400mL 原水（过滤后）。 (4) 在30min 时测定出水的 COD，并计算吸附量。4 数据记录与整理4.1 活性炭间隙吸附实验4.1.1 实验基本数据表4-1活性炭间隙吸附实验基本数据水温：28 水样体积：400 mL吸附时间：30 min搅拌强度：350 r/min(NH4

13、)2Fe(SO4)2溶液浓度：0.01294 mol/L4.1.2 实验数据记录表4-2 活性炭间隙吸附实验数据记录水样活性炭投加量/mg滴加(NH4)2Fe(SO4)2溶液体积/mLCOD浓度/(mg/L)COD去除量/(mg/L)COD去除率/%吸附量q/(mg/g)蒸馏水/19.90/原水018.0039.340.000.000.00K(100mg)10018.4530.029.3223.6837.27K(200mg)20018.8322.1517.1843.6834.37K(300mg)30019.1515.5323.8160.5331.75K(400mg)40019.4010.352

14、8.9973.6828.99K(500mg)50019.655.1834.1686.8427.334.2 活性炭吸附动力学实验4.2.1 实验基本数据表4-3活性炭间隙吸附实验基本数据水温：30 水样体积：400 mL活性炭投加量：400 mg搅拌强度：350 r/min(NH4)2Fe(SO4)2溶液浓度：0.01082 mol/L4.2.2 实验数据记录表4-4 活性炭吸附动力学实验数据记录水样吸附时间t/min滴加(NH4)2Fe(SO4)2溶液体积/mLCOD浓度/(mg/L)COD去除量/(mg/L)COD去除率/%吸附量q/(mg/g)蒸馏水/20.00/原水017.80、17.6

15、038.10、41.56平均 39.830.000.000.00A(10min)1018.47 26.49 13.33 33.48 13.33 A(30min)3018.90 19.05 20.78 52.17 20.78 A(50min)5019.21 13.68 26.15 65.65 26.15 A(70min)7019.32 11.77 28.05 70.43 28.05 A(90min)9019.60 6.93 32.90 82.61 32.90 4.3 活性炭改性实验4.3.1 实验基本数据表4-3活性炭间隙吸附实验基本数据水温：31 水样体积：400 mL活性炭投加量：300 m

16、g搅拌强度：150 r/min吸附时间：30 min(NH4)2Fe(SO4)2溶液浓度：0.01083 mol/L4.3.2 实验数据记录表4-4 活性炭吸附动力学实验数据记录水样硝酸浓度/(mol/L)滴加(NH4)2Fe(SO4)2溶液体积/mLCOD浓度/(mg/L)COD去除量/(mg/L)COD去除率/%吸附量q/(mg/g)蒸馏水/23.65/原水020.10、20.2561.74、59.13平均 60.430.000.000.00B(未改性)021.3040.8719.5732.3726.09 B(1.2)1.221.1543.4816.9628.0622.61 B(3.5)3

17、.521.5536.5223.9139.5731.88 B(7.2)7.221.3540.0020.4333.8127.25 B(13.2)13.221.3040.8719.5732.3726.09 5 数据处理与分析5.1 活性炭间隙吸附实验5.1.1 活性炭投加量与COD去除率关系以活性炭投加量为横坐标，出水COD浓度、COD去除率为纵坐标，绘制活性炭投加量与COD去除率关系曲线如图5-1所示。图5-1 活性炭投加量与COD去除率关系曲线由图5-1可看出，随着粉末活性炭投加量的增大，水样中COD的出水浓度逐渐下降，100 mg活性炭对应的出水COD浓度为39.34 mg/L，而 500 m

18、g活性炭对应的出水COD浓度为5.18 mg/L；与此相对应，随着粉末活性炭投加量的增大，水样的COD去除率逐渐上升，由100 mg活性炭时的23.68%提升至500 mg活性炭时的86.84%。这说明在实验条件下，水中有机物的去除效果随着粉末活性炭投加量的增大而加强。这是因为当加入的活性炭量过少时，活性炭仅吸附了少量有机物就都达到饱和状态，在其他条件不变的情况下，逐渐增加活性炭投加量，能明显增加有机物吸附量。而当水中有机物的浓度降低到一定程度时，再增加活性炭投加量，对有机物去除效果的增强作用将不明显，从图中后半段曲线斜率所呈的下降趋势可验证这一点。本实验中，当活性炭投加量增加到500 mg时

19、，水样的出水COD浓度已降至5.18 mg/L，COD去除率已高达86.84%，由此我们可预见继续增大活性炭投加量对本实验水样COD去除效果的增强将趋向不明显。5.1.2 Freundlich方程拟合Freundlich方程常用于活性炭吸附等温线的拟合，其方程形式为： Freundlich方程为：q=K·C1n为了便于分析，可将该方程变换为：lgq=lgK+1nlgC式中：q 活性炭吸附量，g/g ；C 被吸附物质平衡浓度g/L；K、n 溶液的浓度，pH值以及吸附剂和被吸附物质的性质有关的常数。将q、C相应值点绘在双对数坐标纸上，所得的直线斜率为1/n，截距为K，由此即可求解出Fre

20、undlich方程。因此，需先计算lgq和lgC的值，结果如表5-1所示。表5-1 lgq和lgC计算结果水样活性炭投加量/mgCOD/(mg/L)吸附量q/(mg/g)lgClgqK(100mg)10030.0237.271.4774211.571325K(200mg)20022.1534.371.3454371.536161K(300mg)30015.5331.751.1911141.501689K(400mg)40010.3528.991.0150231.462181K(500mg)5005.1827.330.7139931.436627根据上表数值，用Freundlich方程对实验数据

21、进行拟合。以lgC为横坐标、lgq为纵坐标绘制图像，并作线性拟合如图5-2所示，相关拟合数据如表5-2所示。图5-2 Freundlich方程拟合图像表5-2 Freundlich方程拟合数据Equationy = a + b*xAdj. R-Square0.93468ValueStandard ErrorlgqIntercept1.297220.02749lgqSlope0.177930.02332由表5-2数据可知，用Freundlich方程对实验数据进行拟合，拟合的相关系数R2为0.93468，比较接近1，可见该方程的拟合效果是比较好的，这说明Freundlich方程能成功地关联实验数据

22、。 拟合直线的斜率为0.17793，截距为1.29722，也即1n=0.17793lgK=1.29722可解得n = 5.62018，K = 3.65911。因此，本实验活性炭等温吸附曲线的Freundlich方程为：q=3.65911×C0.177935.1.3 Langmuir方程拟合Langmuir方程基于单分子层吸附，也可用于描述活性炭的等温吸附曲线，其方程式如下：1q=1qmK·1C+1qm由该式可见，1/q与1/C呈线性关系，根据表4-2原始数据，对1/q和1/C进行计算，结果如表5-3所示。 表5-3 1/q和1/C计算结果水样活性炭投加量/mgCOD/(mg

23、/L)吸附量q/(mg/g)1/C1/qK(100mg)10030.0237.270.033310.026833K(200mg)20022.1534.370.045140.029096K(300mg)30015.5331.750.06440.0315K(400mg)40010.3528.990.09660.0345K(500mg)5005.1827.330.19320.036591根据上表数值，用Langmuir方程对实验数据进行拟合。以1/C为横坐标、1/q为纵坐标绘制图像，并作线性拟合如图5-3所示，相关拟合数据如表5-4所示。图5-3 Langmuir方程拟合图像表5-4 Langmui

24、r方程拟合数据Equationy = a + b*xAdj. R-Square0.767ValueStandard Error1/qIntercept0.026880.001541/qSlope0.055770.01483由表5-4数据可知，用Langmuir方程对实验数据进行拟合，拟合的相关系数R2仅为0.767，可见该方程的拟合效果较差，用Langmuir方程无法很好地关联实验数据。5.1.4 等温吸附方程的比较及结果分析对比两种等温吸附方程的拟合，Freundlich方程拟合的相关系数R2为0.93468，而Langmuir方程拟合的相关系数R2仅为0.767，远远低于Freundlic

25、h方程，说明实验中活性炭的吸附更符合Freundlich方程。活性炭对COD的等温吸附曲线用Langmuir方程拟合效果并不理想，其可能原因如下：Langmuir等温式是在一定假设的基础上建立起来的、用于描述气-固之间吸附的经验公式，其假设之一是被吸附的分子之间不存在相互作用，且吸附只限于单分子层吸附。在本实验中，液相中吸附质之间的距离远比气体分子小，且可能存在各种静电力作用而相互聚集，吸附质之间的作用力是不可忽略不计的，因此Langmuir吸附模型对活性炭吸附COD的拟合效果较差。Langmuir吸附模型是由理论推导而来，对于单一吸附质的拟合效果较好，但本实验所用水样并非是单一溶液或是由少数

26、物质混合而成的简单混合液，而是包含多种复杂环境化合物的河道水，这些化合物会在吸附过程中抑制或促进目标吸附质在吸附剂上的吸附，因此会影响Langmuir模型的拟合效果。5.2 活性炭吸附动力学实验5.2.1 吸附时间与COD去除率关系以吸附时间为横坐标，出水COD浓度、COD去除率为纵坐标，绘制吸附时间与COD去除率关系曲线如图5-4所示。图5-4 吸附时间与COD去除率关系曲线由上图可以观察到，COD的出水浓度随吸附时间的延长而显著下降，最低可达到6.93 mg/L，而活性炭对COD的去除率也随吸附时间的增长而显著增加，最高可达到82.61%。另外，由该图COD去除率曲线趋势可以看出

27、，实验吸附后期曲线仍未平缓，说明在吸附时间7090 min间COD去除率随吸附时间的增长效应仍很明显，即粉末活性炭吸附平衡时间应在90 min之后。5.2.2 颗粒内扩散模型拟合颗粒内扩散模型是吸附动力学常用的拟合模型之一，根据拟合结果可判断吸附剂吸附的类型。其方程式如下：qt=Kpt0.5+C根据表4-4数值，作出吸附时间t和吸附量qt的散点图，并作方程拟合如图5-5所示，相关拟合数据如表5-6所示。图5-5 颗粒内扩散模型拟合图像表5-6 颗粒内扩散模型拟合数据Equationy =K*x0.5+CAdj. R-Square0.98622ValueStandard Er

28、rorBK3.367840.17777BC1.362311.1475由表5-6数据，颗粒内扩散模型拟合的相关系数为R2 = 0.98622，非常接近1，该模型对实验数据的拟合效果较好，说明活性炭对水样中COD的吸附以孔内扩散过程为控制吸附速率的主要因素，这与液相吸附的特点相符合。5.2.3 准一级反应动力学方程拟合准一级反应动力学方程是吸附动力学拟合的常用方程之一，其表达式如下：qt=qe1-exp-Kt或lnqe-qt=lnqe-Kt式中：qe 平衡吸附量，mg/g ；qt 时间为t时的吸附量，mg/g ；K 一次方程吸附速率常数，min-1。在运用准一级反应动力学方程进行拟合时，一般有非线

29、性和线性拟合两种方法。非线性拟合对应第一个表达式，它是直接对qt、t数据进行拟合，根据拟合结果可求得平衡吸附量qe和速率常数K。线性拟合对应第二个表达式，它是假定实验吸附后期已经达到平衡状态，即qe取吸附后期的实验数据qt，然后对ln(qeqt)与t 进行线性拟合，从而求出速率常数K。一般而言，前一种方法求解的结果远比后者准确，因为根据实验结果是无法准确预知平衡吸附量qe的，且在实验中活性炭吸附真正达到平衡需要较长时间，而在实验中实际的吸附时间往往是达不到平衡时间的，因此若先假定qe为吸附后期的吸附量qt将存在较大的误差。由对吸附时间与COD去除率关系曲线（图5-4）可知本实验在吸附

30、时间达到90 min时仍未达到吸附平衡，因此采用非线性拟合法对实验数据进行拟合。根据表4-4数值，作出吸附时间t和吸附量qt的散点图，并作方程非线性拟合如图5-6所示，相关拟合数据如表5-7所示。图5-6 准一级反应动力学方程拟合图像表5-7 准一级反应动力学方程拟合数据Equationy = a*(1 - exp(-b*x)Adj. R-Square0.96699ValueStandard Errorqta31.372042.16276qtb0.040520.00895由表5-7数据可知，用准一级动力学方程对实验数据进行拟合，拟合的相关系数R2为0.96699，比较接近1，因此可认为该方程的

31、拟合效果是比较好的。由表中数据可算出准一级反应动力学拟合方程为：qt=31.37204×1-exp-0.04052t其中qe=31.37204 mg/g31.37 mg/gK=0.04052min-15.2.4 准二级反应动力学方程拟合准二级反应动力学方程也是吸附动力学拟合常用的模型之一，其建立在化学反应或通过电子共享、得失的化学吸附的基础上，其包含了吸附的所有过程，如外部液膜扩散、表面吸附和颗粒内扩散等。其方程表达式为：tqt=1Kqe2+1qet式中：qe 平衡吸附量，mg/g；K 二次方程吸附速率常数，min-1。根据准二级反应动力学方程，以t/qt对t作图，如果能得到一条直线

32、，说明其吸附机理符合准二级动力学模型。因此，需先对t/qt 进行计算，计算结果如表5-8所示。表5-8 t/qt计算结果水样吸附时间t/min吸附量q/(mg/g)t/qtA(10min)1013.33 0.75 A(30min)3020.78 1.44 A(50min)5026.15 1.91 A(70min)7028.05 2.50 A(90min)9032.90 2.74 根据上表数值，以吸附时间t为横坐标、t/qt为纵坐标绘制图像，并作线性拟合如图5-7所示，相关拟合数据如表5-9所示。图5-7准二级反应动力学方程拟合图像表5-9 准二级反应动力学方程拟合数据Equationy = a

33、 + b*xAdj. R-Square0.97138ValueStandard Errort/qtIntercept0.611710.12336t/qtSlope0.025110.00215由表5-9可知，准二级反应动力学线性拟合的相关系数R2为0.97138，比较接近1，因此可认为该方程的拟合效果也是比较好的。由表中数据可算出准二级反应动力学拟合方程为：tqt=0.61171+0.02511t此外还可求得qe=39.82 mg/gK=0.001031min-15.2.5 反应动力学方程的比较及结果分析对比两种反应动力学方程的拟合，准一级反应动力学方程拟合的相关系数R2为0.96699，而准二

34、级反应动力学方程拟合的相关系数R2仅为0.97138，比准一级反应动力学方程稍高，说明实验中活性炭的吸附更符合准二级反应动力学方程。一级动力学是指反应速率与一种反应物浓度呈线性关系，二级动力学指反应速率与两种反应物浓度呈线性关系。准一级动力学是指众多因子中存在一种因子决定反应速率或理论上不是一级动力学但可以相当于一级反应的动力学称为准一级动力学，准二级动力学与二级动力学的区别同上。实验中的水样取自河道水，其中有机物种类繁多且组成复杂，活性炭吸附的有机物多样，由单因子决定活性炭吸附速率的可能性远比双因子或多因子小，因此本实验中活性炭对水中COD的动态吸附过程更符合准二级反应动力学模型。5.3 活

35、性炭改性实验以硝酸浓度为横坐标，COD去除率为纵坐标，绘制吸附时间与COD去除率关系曲线如图5-8所示。图5-8 硝酸浓度与COD去除率关系曲线由上图可以观察到，当用1.2 mol/L硝酸改性时，COD去除率反而比未改性活性炭低，说明用低浓度的硝酸改性对活性炭吸附COD没有改进效果；当用3.5 mol/L硝酸改性时，COD去除率明显比未改性时高，且在本实验中为最高，说明在本实验中用3.5 mol/L硝酸改性对活性炭吸附COD有最好的改进效果；当继续增大硝酸浓度至7.2 mol/L、13.2 mol/L时，COD去除率逐渐下降，说明随着硝酸浓度的进一步上升，对活性炭吸附COD的改进效果逐渐下降，

36、硝酸浓度为13.2 mol/L时，COD去除率与未改性时相同，此时对活性炭吸附COD没有改进作用。此外，本实验中，最高COD去除率为39.57%，最低COD去除率为28.06%，两者之间相差不大，说明使用不同浓度硝酸改性对改善活性炭吸附COD效果的作用无明显差异；最高COD去除率39.57% 并不是很高，与原水的COD去除率32.37%相差也不是很大，这说明使用硝酸改性对改善活性炭吸附COD效果无明显作用。综上分析，硝酸浓度与COD去除率之间的关系并无明显规律，利用硝酸改性对改善活性炭吸附COD效果无明显作用，造成该现象的可能原因如下：利用硝酸改性活性炭，除了硝酸浓度可能对改性效果造成影响之外

37、，温度和处理时间也可能对改性效果造成影响，温度和处理时间对活性炭吸附性能的影响因吸附质而异。很可能本实验进行时的环境温度与所选取的处理时间刚好不是改善活性炭吸附COD性能的适宜温度和适宜处理时间，因而改性后活性炭吸附性能无明显变化。氧化改性可增强活性炭对CO2、SO2、苯、金属离子等极性较强的物质的吸附，但减弱了对苯酚、腐殖酸等以疏水性为主的有机物的吸附。天然水体中普遍存在化学性质和组成复杂的有机物，有机物的种类和浓度各异，极性强弱存在差异。实验中的水样取自天然河道，其有机物组成复杂，硝酸改性对活性炭吸附这些有机物的效果部分呈增强作用，部分呈减弱作用，而综合吸附效果可能刚好无明显的增强作用或减

38、弱作用。根据文献资料（金璇，马鲁铭等，表面化学改性活性炭对有机物吸附的研究进展），强酸氧化改性活性炭吸附有机物，若吸附是在水溶液中进行，由于活性炭表面酸性含氧基团大量增加，与水的亲和力增大，由于水的竞争吸附，不利于有机物的吸附；有机物吸附量与活性炭表面的酸度无规律性关系，但和表面的羟基和酚羟基有密切关系，羟基和酚羟基增多，吸附量增大，羟基和酚羟基减少，吸附量降低。本实验中用硝酸改性活性炭吸附河道水水样中的COD，不仅对COD去除无改善作用，还很可能对COD去除产生负影响。6 误差分析(1) 实验中对原水的过滤是在两套抽滤装置中进行的，抽滤装置的真空压力不同、更换滤纸的频率不同，将使两套装置对原

39、水的过滤效果产生差别，因而原水中的初始COD浓度也将产生些许差别，这将对出水COD的测量结果产生一定影响。因此，最好将过滤后的所有原水充分混合再分装到各烧杯中。(2) 前两次实验中由于经验不足，将活性炭的搅拌速度控制为350 r/min，这个速度对于400 mL的水样是偏高的。搅拌速度偏高的情况下，活性炭粒子间很可能产生相互碰撞和摩擦，这将对活性炭的物理性质产生影响，从而影响活性炭的吸附性能。(3) 在过滤操作中，有时选到的抽滤装置密封效果不佳，需要人为用手压着漏斗才能保证有足够的真空度。在最开始倒加水样时往往由于人力不足，无法在用手倒水样同时压着漏斗，因而导致初始真空度不足，这将使得初始过滤

40、时有一小部分ss通过滤纸与漏斗壁之间的缝隙进入瓶中，对过滤效果产生影响。(4) 实验中，为了加快实验进度，过滤了一定量原水后就开始往烧杯中装原水，而等到再次往剩下的烧杯中装原水时，之前烧杯中的原水已与活性炭接触混合了一定时间，在这段时间内活性炭可能已吸附了一定量的有机物，这将使得提前装好的水样测得的COD值偏低。(5) 配制、称量各类药品时会有一定的误差。(6) 在滴定过程中，由于人眼对颜色的分辨有限，因此对滴定终点的判断会存在误差。7 思考与讨论7.1 影响活性炭对水中有机物吸附量的因素由于活性炭水处理所涉及的吸附过程和作用原理较为复杂，因此影响因素也较多。王要与活性炭的性质、水中污染物的性

41、质、活性炭处理的过程原理一级选择的运转参数与操作条件等有关。影响活性炭对水中有机物的吸附量有如下因素：（1）活性炭的结构及特性因为活性炭对水中有机物的吸附是一种表面现象，所以活性炭的孔径、孔容分布及比表面积影响吸附容量。细孔越多，比表面积越大，吸附量也越大，但除去高分子有机物的效果较差。（2）被吸附有机物的性质有相同的活性炭对不同的有机物吸附，其吸附量与吸附速度都有明显差别，这主要与有机物在水中的溶解度、相对分子质量大小和浓度高低等因素有关。活性炭对有机物的吸附特点可以概括为：对芳香族有机物的吸附优于非芳香族有机物（因为芳香族有机物能使溶液表面张力降低，因而容易被吸附）；对分子量大的有机物吸附优于分子量小的有机物（一般水中有机物的分子量增加，吸附量也增加，但分子量增大到一定程度时，因扩散速度减慢，反而使吸附量和吸附速度降低。)对水中溶解度小的有机物吸附优于溶解度大的有机物，因为活性炭是一种憎水性物质，所以憎水性强的有机物越容易被吸附，有机物的憎水性越强，在水中的溶解度就越小。（3）水的PH值 由于天然水中的有机物主要为有机酸，而有机酸在低PH值下电离较小，因为活性炭对分子态的弱电解质对离子态的吸附量大，所