活性炭吸附去除重金属离子的研究进展

活性炭吸附去除重金属离子的研究进展

机械工程、采矿、钢铁、有色金属开采和一些化学品产生了大量重金属离子废水。如果未经处理或处理不达标,则不能排放这些废水,否则会造成环境污染。重金属离子在水体中的污染越来越引起人们的注意,摄入过量的重金属会对人体造成严重伤害乃至危及生命。活性炭已广泛应用于水中有机污染物及无机污染物的去除,诸多研究表明在重金属的去除领域,活性炭吸附法具有技术简单、经济可行、效果良好等优点。1煤质活性炭吸附法电镀废水是常见的含Cr(Ⅵ)废水,活性炭吸附除Cr(Ⅵ)法,具有设备简单、占地面积小、投资省、处理费用低等优点,因此很多学者对活性炭吸附Cr(Ⅵ)的最佳工艺条件、数学模型及机理进行了研究。陈立丰用活性炭对电镀废水中的Cr(Ⅵ)进行间歇法和流动法吸附实验研究,获得了吸附平衡时间,最佳pH值,测得了吸附等温线和穿透曲线,并从动力学角度测定了吸附速度和扩散系数。杨骏等应用固定床吸附动力学模型,用两种煤质活性炭对不同浓度Cr(Ⅵ)离子溶液进行吸附,并用Marquadt方法非线性回归固定床吸附流出曲线数据,获得了Cr(Ⅵ)在活性炭上的扩散传质系数。何争光等对电镀废水中Cr(Ⅵ)的吸附机理进行了探讨。在光电子能谱等实验的基础上,提出了新的吸附机理:活性炭是通过氢键吸附Cr(Ⅵ)的,圆满地解释了活性炭的吸附及再生过程,提出了提高活性炭吸附量的有效途径。刘晓明论述了利用活性炭吸附法处理含Cr(Ⅵ)电镀废水方法,通过试验找出了最佳吸附条件,确定了吸附剂的用量,吸附时间以及溶液pH值对Cr(Ⅵ)去除率的影响,得出了活性炭对Cr(Ⅵ)的吸附等温线。宁平等利用微波照射—氯化锌(ZCMR)法从废物中制取锯末活性炭及烤胶废料活性炭,该法所制取的锯末活性炭具有吸附容量大、过滤速度快、操作控制方便等优点。其对电镀废水中Cr(Ⅵ)的吸附容量是市售一级粉末活性炭的1.72倍～1.8倍,过滤速度是市售活性炭的1.6倍～1.7倍,极限吸附量达21.5mg/g～22.5mg/g。李湘洲分别用HNO3,H2SO4以及HNO3加乙酸铜溶液对活性炭进行了表面改性处理,测定了它们的表面化学性能,研究了改性活性炭对Cr(Ⅵ)吸附性能的影响。实验结果表明:通过上述改性,活性炭表面官能团数量发生了显著改变,特别是羧基增加较多,通过改性后的活性炭对Cr(Ⅵ)吸附性能有所提高。2活性炭吸附法含铜废水主要来自于电镀、冶炼、印刷及电讯器材等行业的生产过程中。M.Goyal用两种颗粒活性炭和两种活性炭纤维分别吸附浓度在40mg/L～1000mg/L内的含铜废水,发现颗粒活性炭在pH=4时达到最大吸附值,吸附铜的合适pH范围为2～6。S.A.Dastgheib制造的胡桃壳活性炭对水溶液中铜离子有较高的吸附能力,比普通的商业活性炭的吸附能力强。张仲燕等用粉末活性炭处理含Cu-EDTA废水,通过严格控制pH值和一定的活性炭量的条件下,利用铜络合物特性和活性炭的表面电荷形式进行活性炭吸附法处理,取得了良好的效果。黄国林等用颗粒活性炭动态吸附含Cu-EDTA电镀废水,发现废水的酸碱度和颗粒度是动态吸附处理的关键影响因素,只要在操作过程中严格控制废水的pH=5～6和活性炭粒度80目～100目,可达到很好的去除效果。3cd2+生物活性炭吸附法R.Leyva-Ramos等用活性炭F-400对Cd2+的吸附进行了研究。发现Langmuir吸附等温线比Freundlicb更与实验数据相吻合。温度升高、吸附量下降,在pH=8时,吸附达到最大。木冠南等用氧化处理过的活性炭吸附Cd2+,经氧化处理后的活性炭对Cd2+升有较强的吸附作用,其吸附方式可能是以静电吸附行为为主,各种表面活性剂均影响氧化活性炭对Cd2+的吸附,阴离子表面活性剂SDS在浓度小于CMC时能大大增加Ca2+的吸附量,阳离子表面活性剂能大大增加Cd2+的吸附量,非离子表面活性剂则略微降低的Cd2+吸附量。吴艳林采用活性炭纤维(ACF)对含Cd2+模拟废水进行了静态和动态吸附研究,测定了静态吸附等温线和动态穿透曲线,并研究了pH值、吸附平衡时间对处理效果的影响,采用浓度为0.03mol/L的HCl溶液作解吸液回收Cd2+的综合效果较好,静态法的吸附率和解吸率分别略高于动态法的吸附率和解吸率,但动态法耗时短,更符合工业化要求。范丽华等为改善活性炭对镉的吸附性,将臭氧化技术引入吸附过程,研究活性炭投加量、臭氧活化时间以及溶液质量浓度变化对活性炭吸附镉离子能力的影响。结果表明,对于初始Cd2+质量浓度为10mg/L的吸附溶液,最佳臭氧化时间为15min,最佳吸附时间为1h,活性炭的最佳投加量为1.0g时,吸附后镉离子的质量浓度为0.54mg/L;对于镉离子初始质量浓度为15mg/L的吸附溶液,最佳臭氧化时间为30min,最佳吸附时间为1h,活性炭的最佳投加量为1.1g时,吸附后镉离子的质量浓度为0.56mg/L。4铅离子吸附性能我国许多工厂每年都排出大量的低浓度含铅废水,有许多未经妥善处理即排入水体,给环境带来极大的危害。周勤为了提高活性炭纤维(ACF)对水体中重金属铅离子的吸附性能,采用浓HNO3对ACF进行氧化改性,并采用静态吸附法,考察了不同实验条件对样品附铅离子的影响。实验结果表明:氧化改性后样品对铅离子的吸附速率非常迅速,吸附平衡时间仅需要5min;氧化改性后ACF在较宽的pH值范围内保持着对铅离子较高的吸附性能。杨骏采用两种煤质活性炭研究了其对不同浓度铅离子溶液的吸附,应用固定床吸附动力学模型,Marquadt方法非线性回归固定床吸附流出曲线,获得了铅离子在活性炭上的扩散传质系数。结果发现,孔扩散系数强烈地依赖于铅离子入口浓度:随着入口浓度的升高,孔扩散系数变小。随后用上述扩散系数理论预测了其他操作条件下的流出曲线,结果表明实验曲线与理论预测曲线能很好地相符,动态法能可靠地获取固液吸附过程的吸附及扩散系数。张建策以Pb2+为例,对活性炭去除水中重金属的性能与机理进行了探讨,并研究了水中Ca2+的存在对活性炭吸附重金属的影响,实验表明:经硝酸深度氧化的活性炭可显著增加Pb2+吸附量,水中的Ca2+和Mg2+对吸附影响不大。主要原因可能是Pb2+的水合半径要小于Ca2+,Mg2+等离子的水合半径而被活性炭优先吸附所致。5活性炭吸附法锌污染主要来自于电镀工业和冶锌工业,水体中过量的锌会造成环境污染,影响人类健康。木冠南提出用氧化—负离子化法处理活性炭,以表面酸度表征表面含氧基团的量,探讨了活性炭对Zn2+及其配合物的吸附特性。活性炭自溶液中吸附无机离子以静电吸附为主,其吸附量主要取决于炭表面的含氧带电基团的量和电荷数。氧化—负离子化法处理活性炭,外加适当的高价负离子,选择适合的配体均能显著提高低pH区内活性炭对无机阳离子的吸附能力。石太宏等对活性炭吸附Zn2+的热力学及其机理进行了研究,测定了不同温度下的吸附等温线。在稀溶液中吸附Zn2+符合Langmuir模型,活性炭表面存在含氧官能团的吸附活性中心。由于吸附水合Zn2+与炭表面含氧官能团之间相互作用,导致水分子的脱附及H+的产生,使其热力学函数ΔS0增加。石太宏研究了在不同pH、浓度、离子强度和配合剂的条件下,活性炭自溶液中吸附Zn2+及其配合物Zn-EDTA的特性。活性炭在配合体系中吸附Zn2+不同于简单Zn2+的吸附,简单Zn2+的吸附主要是以静电吸附的机理进行,而在配合物体系中,可能在活性炭/水界面上发生配位吸附作用。徐艳丽等研究了未处理炭和氧化—负离子对锌离子的吸附,发现未处理炭对锌离子的吸附符合Langmuir吸附等温线。无论处理炭还是未处理炭其吸附量均受溶液pH值的影响,氧化—负离子炭对锌离子的吸附要好于未处理炭,说明氧化后活性炭表面含氧基团增多,有利于对Zn2+的吸附。6附作用的影响张克荣等研究了活性炭对Mn2+的吸附作用及环境条件因素对吸附作用的影响。实验结果表明,活性炭对锰具有很强的吸附作用并明显依赖于溶液pH值,该吸附具有一定选择性,吸附作用符合Freundlich吸附等温式,吸附方式符合表面络合吸附模式。7水质ph值及处理效率秦树林采用硫化反应、混凝沉淀及活性炭吸附工艺,对节能灯行业的含汞废水进行试验研究。结果发现,对Hg2+浓度为1.6mg/L的原水,将废水pH值控制在7～8,FeS,PAC及活性炭投加量分别为1.5mg/L,50mg/L和60mg/L时,出水Hg2+浓度为8μg/L,去除效率达到99.5%。8活性炭吸附法J.P.Chen等对同时存在Cu2+,Zn2+,Co2+的废水进行吸附实验,发现Zn2+和Co2+的存在不影响对Cu2+的吸附,但由于Cu2+的存在,对Zn2+和Co2+的吸附量将减少。J.P.Chen和X.Y.Wang对含Cu2+,Zn2+,Pb2+的废水进行研究,结果显示,去除量:Cu2+>Zn2+>Pb2+,离子强度的增大可轻微地提高Cu2+的去除率,而对Zn2+的去除率没影响。当加入EDTA后,Cu2+,Zn2+的去除率显著提高,而此时增加离子强度,将降低Cu2+,Zn2+的去除率。K.Kadirvelu等用椰壳炭处理Hg2+,Cd2+,Ni2+,Cu2+废水,对其进行了研究。V.Gomez-Serrano等用热处理和硫化过的活性炭吸附废水中的Hg2+,Cd2+,Pb2+,结果显示pH值是影响吸附的一个重要因素。张克荣等研究了Cu2+,Zn2+,Fe3+,Mn2+在活性炭上的吸附作用,以及环境条件对吸附作用的影响。实验表明:它们在活性炭上的吸附强度顺序为Fe3+>Cu2+>Zn2+>Mn2+。所试离子除Fe3+以部分FeOH2+形式被吸附外,其他均主要以离子形式与活性炭颗粒直接键合而被吸附。它们的吸附作用符合表面络合吸附模式,以简化络合反应模式计算出的表面络合形成条件稳定常数大小顺序与实验结果一致。陈芳艳以活性炭纤维作为去除水中镉、镍、铜三种重金属离子的吸附剂,考察了振荡时间、水样pH对吸附效果的影响。结果表明:吸附效率随着振荡时间的延长,pH的