高锰酸钾改性活性炭对水中Sb_的吸附(2)

）水器（德国Ｓ和ＴａｒｔｏｒｉｕｓｈｅｒｍｏＳｃｉｅｎｔｉｆｉｃＯｒｉｏｎ　　）台式ｐ美国Ｔ等．３ｓｔａｒＨ计套装（ｈｅｒｍｏ－

１．２　实验方法

１．２．１　高锰酸钾改性颗粒活性炭的制备　实验选用美国卡尔冈碳素公司的颗粒活性炭（粒径０．５～／，碘值为９亚甲基蓝吸附值为０．８ｍｍ，３１．３ｍｇｇ

／）（记为Ａ１６９．５ｍＣ）．ｇｇ

将３溶０ｇ活性炭倒入装有１００ｍＬ乙醇（９５％）液的烧杯中，浸泡５ｈ，上海１２０℃恒温鼓风干燥箱（

６］

中烘干［然后用２ＤＧＧ９４２０Ａ）．００ｍＬ１０％的ＨＣｌ－　

２　结果与讨论

２．１　高锰酸钾改性活性炭的表征

孔径和孔容测定结果　比表面积２．１．１　比表面积、

α

、平均孔径ｒ－和孔容Ｖｐ测定结果见表１．Ｓ

表１　活性炭改性前后的表面特征

Ｔａｂ．１　Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｔｈｅａｃｔｉｖａｔｅｄｃａｒｂｏｎｓ　　　　活性炭ＡＣ　ＭＡＣ０．０１－　ＭＡＣ０．０５－　ＭＡＣ０．１－　

珔／ｒｎｍ２．８３　２．９４　２．９６　２．９５　

Ｖｐ／

３－１

（·ｇ）ｃｍ

α／Ｓ

２－１

（·ｇ）ｍ

０．２４　０．２１　０．２０　０．２０　

９４０．００９３６．０４９３５．２２９２０．５２

改性后的活性炭其比表面积和孔　　由表１可知，

容都有所减小，这可能是由于一些含氧官能团的增

２０３０浙　江　大　学　学　报（工学版）６卷　　　　　　　　　　　　第４

经过ＫＭｎＯｎＯ４改性后的活性炭会有一些Ｍ２

１０］７］，附着在其表面［而丁春生［在其实验中也发现在８］加堵塞了活性炭的孔隙［有关学者认为由于含氧．［］官能团的增加使活性炭质量增加６％～１平３％９．

均孔径较改性前有所增加，这是由于ＫＭｎＯ４溶液具有氧化性，而对活性炭采用氧化改性法时会出现活性炭微孔的缺失、中孔数量的增加、平均孔径略为

８］增加的现象［．并推断可能是活性炭的表面生成了一些白色晶体，由图１改性前后４种活性炭的扫ＫＯＨ或ＫＳｉＯ２３．）、（）描电镜图，对比其中图（和（可以明显地看ａｂ）ｄ这些出改性之后的活性炭表面附着有大量的晶体．

晶体在一定程度上提高了活性炭对Ｓ的吸ｂ（Ⅲ）附效果．

２．１．３　ＦＴＩＲ分析　改性前后活性炭的红外光谱

／图中τ为光线的透过率，图如图２所示，１λ为红外

光的波数

．２．１．２　ＳＥＭ分析　改性前后活性炭的扫描电镜图如图１所示．

图２　改性前后活性炭的傅里叶红外光谱图

图１　改性前后活性炭的扫描电镜图

Ｆｉ．１　ＳＥＭｉｍａｅｓｏｆａｃｔｉｖａｔｅｄｃａｒｂｏｎ　　　　ｇｇＦｉ．２　ＦＴＩＲｉｍａｅｓｏｆａｃｔｉｖａｔｅｄｃａｒｂｏｎ　　　　ｇｇ

第１１期

（王晓卉，等：高锰酸钾改性活性炭对水中Ｓ的吸附ｂⅢ）

２０３１

比较改性前后活性炭的红外光谱图可以看出，改性后的活性炭在２５００～２２５０ｃｍ－１范围内有一　　些波峰，表明改性后的活性炭表面可能存在脂肪族

８］化合物［在１．８００～１６５０ｃｍ－１范围内有—Ｃ＝Ｏ　　

（ＭＡＣ０．１对水中Ｓｂ．８１－Ⅲ）的饱和吸附量分别为４

／／和６因此，用０．７３ｍ．１ｍｏｌＬＫＭｎＯ．　ｇｇ４溶液改性（之后的活性炭对水中Ｓ的吸附容量更大．ｂⅢ）

、／试验中用０．０１０．０５ｍｏｌＬＫＭｎＯ　４改性的活性（、炭对水中Ｓ的饱和吸附量分别仅为２ｂ．７４２．１３Ⅲ）／，吸附效果不理想，分析原因可能是由于ＫＭ－ｍｇｇ

使得较少的晶体附着到活性炭的表ｎＯ４浓度太低，而经过改性又使活性炭的比表面积减少，部分微面，

孔缺失，平均孔径增大，从而影响了吸附的效果．

２）从表（中拟合度γ来看，２Ｌａｎｍｕｉｒ方程能更ｇ

伸缩振动峰或者Ｃ＝Ｎ和Ｃ＝Ｃ双键，特征峰说明

７］

改性后活性炭表面可能有醛、酮的存在［．在

４０００～３５００ｃｍ－１范围内有大量的—ＯＨ伸缩振动　　

通过改性在一定程度的上增加了活性炭表面的基峰．

团，但是由于改性时的ＫＭ其氧化ｎＯ４溶液为中性，而且改性所用的ＫＭ性不强，ｎＯ４溶液的量较少所以改性前后的活性炭表面基团的变化情况不明显．（的吸附实验２．２　高锰酸钾改性活性炭对ＳｂⅢ）２．２．１　吸附等温线　如图３所示为改性前后的活

（性炭对水中Ｓ的吸附等温线．实验在活性炭的ｂⅢ）／投加量ρ溶液ｐ温度为．５ｇＬ，Ｈ值为３．００，Ｂ＝１２９８Ｋ的条件下振荡吸附２４ｈ．

采用描述吸附等温线的Ｌａｎｍｕｉｒ和Ｆｒｅｕｎｄｌｉ－ｇ结果见表２．ｃｈ方程对图３中的实验数据进行拟合，

Ｌａｎｍｕｉｒ吸附等温线表达式：ｇ／／（／１１ｂ＋１ｑｑｑｅ＝ｍｅ）ｍ．ρＦｒｅｕｎｄｌｉｃｈ吸附等温线表达式：

／ｌ１ｎ）ｌｌＫｆ．ｇｇｇｑｅ＝（ｅ＋　　ρ

（）１（）２

（好地拟合Ａ的吸附，而改性后的活Ｃ对水中ＳｂⅢ）性炭对水中Ｓ的吸附过程与Ｆｂ（ｒｅｕｎｄｌｉｃｈ方程Ⅲ）的拟合效果更好．初步推断Ａ的吸附以Ｃ对Ｓｂ（Ⅲ）化学吸附为主，而经高锰酸钾改性后的活性炭以物理吸附为主．由于在Ｌａｎｍｕｉｒ吸附等温方程中假ｇ所设吸附剂表面均匀且吸附热与表面覆盖度无关，以其吸附表达式中的常数不能准确地反应吸附反应

１１］

的类型［为了解活性炭对水中Ｓ的吸附机．ｂ（Ⅲ）理，下面引入Ｄ吸附等ｕｂｉｎｉｎａｄｕｓｈｋｅｖｉｃｈ（Ｄ－Ｒ）－Ｒ１２］温线方程［．

ｘ－ＢＥｐ）．ｐ（ｑｑｅ＝ｍｅ

／Ｅｐ＝ＲＴｌｎ（１＋１．ｅ）ρ

２

（）３

（）４

２－２；式中：与吸附能量有关，Ｂ为常数，ｍｏｌＪＥｐ　·ｋ－１

·ｍ·Ｋ－１；为表面势能；Ｒ为气体摩尔常数，ｋＪｏｌ

常数Ｂ代表从无穷远处转移Ｔ为绝对温度，Ｋ．

溶质到吸附剂表面所需要的能量，其与自由能１ｍｏｌ

１３］／）：之间存在如下关系［Ｅ（ｋＪｍｏｌ

Ｅ＝

Ｂ（）５

Ｄ－Ｒ方程的线性化表达式为

（图３　改性前后的活性炭对水中Ｓ的静态吸附ｂⅢ）（Ｆｉ．３　ＡｄｓｏｒｔｉｏｎｏｆＳｂｂａｃｔｉｖａｔｅｄｃａｒｂｏｎ　　Ⅲ）　ｇｐｙ　

–１

式中：ｍｇ·ｇ；ｑｅ是吸附容量，ｅ是平衡时剩余浓ρ

–１

·Ｌ–１；度，ｍｍｂ是系ｇｇ·ｇ；ｑｍ是饱和吸附量，–１－１

·ｇ；数，Ｌ·ｍＫｆ是系数，ｍｎ是系数．ｇ；ｇ

由表２中Ｌａｎｍｕｉｒ吸附等温线方程拟合结果ｇ

ｌｎｎＥｐ２．　　ｑｑｅ＝ｌｍ－Ｂ（）６

如果Ｅ的　　如表３所示为Ｄ－Ｒ方程的拟合结果．

／范围在８～１那么该吸附反应过程为６ｋＪｍｏｌ之间，／，如果Ｅ＜８ｋ吸附过程为物理吸离子交换，Ｊｍｏｌ

１４］附［改性前后活性炭对Ｓ的吸附自由能均．ｂ（Ⅲ）／，小于８ｋ所以吸附过程为物理吸附．Ｊｍｏｌ

可以看出，在温度为２９８Ｋ、．００时，ＡＣ和Ｈ值为３ｐ

表２　吸附等温线模型拟合参数

ａｒａｍｅｔｅｒｓＴａｂ．２　Ｖａｌｕｅｓｏｆｏｆａｄｓｏｒｔｉｏｎｉｓｏｔｈｅｒｍ　　　　　ｐｐ

吸附剂ＡＣ　ＭＡＣ０．０１－　ＭＡＣ０．０５－　ＭＡＣ０．１－　

Ｌａｎｍｕｉｒ方程拟合ｇ

–１–１

／（·ｇ）ｂ／（ｍＬ·ｍｇｍｑｇ）

４．８１　２．７４　２．１３　６．７３　

１．３１　２．７４　２９．００　１．５６　

２

γ

Ｆｒｅｕｎｄｌｉｃｈ方程拟合

–１

／（·ｇ）１ｎ　Ｋｆ／ｍｇ０．７３　０．６７　０．４１　０．７２　

２．９４　２．６６　３．０６　４．９１　

γ

２

０．９９　０．９６　０．９４　０．９８　

０．９８０．９８０．９９０．９９

２０３２

浙　江　大　学　学　报（工学版）６卷　　　　　　　　　　　　第４

表３　Ｄｕｂｉｎｉｎａｄｕｓｈｋｅｖｉｃｈ吸附等温线模型拟合参数－ＲａｒａｍｅｔｅｒｓＴａｂ．３　ＶａｌｕｅｓｏｆｏｆＤｕｂｉｎｉｎａｄｕｓｈｋｅｖｉｃｈａｄ　　　　－Ｒ　－ｐ

ｓｏｒｔｉｏｎｉｓｏｔｈｅｒｍ　ｐ吸附剂ＡＣ　ＭＡＣ０．０１－　ＭＡＣ０．０５－　ＭＡＣ０．１－　

／ｍｑ

－１

／Ｂ

２

－２

／Ｅ

－１

·ｍ（·ｇ）（ｍｏｌＪ）（ｋＪｏｌ）ｍ　·ｋｇ２．５２　２．１７　２．５７　３．９８　

０．０４０　０．０３５　０．０１３　０．０４４　

３．５４　３．７８　６．１１　３．３８　

γ

２

０．９７０．９１０．９１０．９９

２．２．２　吸附动力学　分别取改性前后的活性炭进

（行静态吸附实验，对比它们对水中Ｓ的去除效ｂⅢ）／能．实验中吸附剂的投加量１吸附质初始质．５ｇＬ，／量浓度为１原溶液ｐ结果如．６７ｍＬ，Ｈ值为３．００．ｇ

图４所示，图中Ｐ为去除率，ｔ为吸附反应的时间．／实验在活性炭投加量为１溶液ｐ．５ｇＬ，Ｈ值为温度为２３．００，９８Ｋ的条件下进行．

由图４可以看出，吸附反应初期改性后的活性炭吸附速率明显快于未改性的活性炭，吸附剂对Ｓｂ（的去除率随吸附时间的延长而增大，到２４ｈⅢ）

（时，的去除率达９而此ＭＡＣ０．１对Ｓｂ９．０４％，－Ⅲ）（时Ａ的去除率仅为８Ｃ对Ｓｂ７．２０

％．Ⅲ）

（图４　改性前后的活性炭对水中Ｓ的静态吸附过程ｂⅢ）（Ｆｉ．４　ＡｄｓｏｒｔｉｏｎｏｆＳｂｂａｃｔｉｖａｔｅｄｃａｒｂｏｎｂｅｆｏｒｅ　　Ⅲ）　　ｇｐｙ　

ａｎｄａｆｔｅｒｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ　　

（图５　改性前后的活性炭吸附Ｓ的Ｌｂａｅｒｒｅｎ一级Ⅲ）ｇｇ

吸附动力学模型

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