摘要：研究活性炭對(duì)廢水中重金屬離子的吸附性，以椰殼活性炭與Zn²⁺、Cd²⁺、Pb²⁺和Cu²⁺重金屬離子為研究對(duì)象，分析在不同pH、活性炭用量、振蕩時(shí)間以及溫度條件下，椰殼活性炭對(duì)重金屬離子吸附能力的差異。模擬廢水實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：

（1）隨著pH的加大，活性炭的吸附量也在增加，當(dāng)pH>7時(shí)，隨著pH的加大，活性炭的吸附作用有所減弱，pH=7時(shí)，活性炭對(duì)溶液中重金屬離子的吸附能力強(qiáng)；

（2）活性炭投加量為6g時(shí)，其對(duì)這4種重金屬離子的吸附能力均已達(dá)到飽和，并且對(duì)Zn²⁺的吸附變化顯著；

（3）振蕩時(shí)間達(dá)到200min時(shí)，活性炭的吸附效果就達(dá)到飽和，其中，活性炭對(duì)4種重金屬離子吸附能力由強(qiáng)到弱依次為：Zn²⁺>Cd²⁺>Pb²⁺>Cu²⁺；

（4）溫度達(dá)到30℃時(shí)，活性炭對(duì)4種金屬離子的吸附能力較佳。

未經(jīng)過(guò)處理的生活廢水和工業(yè)污水的排放，對(duì)水資源造成了很大的破壞。重金屬污染是常見(jiàn)的一種水污染方式，機(jī)械加工、礦山開(kāi)采、鋼鐵金屬冶煉以及化工企業(yè)的生產(chǎn)都會(huì)產(chǎn)生大量含有重金屬離子的廢水。重金屬是不可降解的有毒物質(zhì)，人攝取微量或者低濃度的重金屬離子都會(huì)對(duì)健康產(chǎn)生危害。活性炭是一種比表面積高、孔容大、孔徑分布可控、表面化學(xué)性質(zhì)可調(diào)，具有高吸附容量、穩(wěn)定的物理化學(xué)性質(zhì)和高機(jī)械強(qiáng)度的吸附劑，可針對(duì)重金屬離子物理化學(xué)性質(zhì)以及所處化學(xué)環(huán)境的不同，對(duì)廢水中的重金屬進(jìn)行快速吸附。

目前，國(guó)內(nèi)外的專家學(xué)者通過(guò)研究不同類型的活性炭，得出普通的粉煤活性炭吸附性遠(yuǎn)不如改性后的粉煤活性炭；花生殼粉、漢麻粉體和蝦殼等均能制成活性炭，對(duì)各種重金屬離子均具有一定的吸附作用。

波濤活性炭廠家研究通過(guò)，考察椰殼活性炭在不同條件下對(duì)Zn²⁺、Cd²⁺、Pb²⁺和Cu²⁺重金屬離子的吸附性，探討椰殼活性炭的吸附條件，現(xiàn)將實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析如下：

一、pH對(duì)椰殼活性炭重金屬離子吸附性能的影響

在不同pH下，大多數(shù)重金屬離子容易與水中陰離子以及水分子形成配位數(shù)不同的配合物，導(dǎo)致重金屬離子的水化半徑發(fā)生變化，當(dāng)離子的水化半徑較大時(shí)，重金屬配合物難以進(jìn)入活性炭?jī)?nèi)的微孔，從而直接影響活性炭對(duì)重金屬離子的吸附效果。

在椰殼活性炭用量、溫度、振蕩時(shí)間和恒溫振蕩器轉(zhuǎn)速相同條件下，對(duì)比在不同pH環(huán)境下，椰殼活性炭對(duì)4種重金屬離子吸附效果的差異，結(jié)果如圖2所示。

由圖可知，在不同pH條件下，隨著pH的加大，活性炭對(duì)4種重金屬離子的吸附量也在增加，當(dāng)?shù)竭_(dá)高吸附量時(shí)，活性炭的吸附效果就會(huì)慢慢降低。這是因?yàn)殡S著溶液pH的升高，活性炭表面官能團(tuán)被質(zhì)子化，從而使表面電勢(shì)降低，金屬離子與活性炭表面的靜電斥力減少，因此吸附量就會(huì)增加。由于活性炭表面的官能團(tuán)為弱酸性，隨著溶液pH的升高，活性炭上負(fù)電勢(shì)點(diǎn)增多，當(dāng)pH>7時(shí)，溶液中重金屬離子含量減少緩慢，即活性炭吸附作用有所減弱，吸附量有所下降。隨著pH繼續(xù)加大，溶液中的OH^-與金屬離子的化學(xué)作用力加大，導(dǎo)致氫氧化物沉淀的生成，使得吸附量相對(duì)降低。所以當(dāng)pH=7時(shí)，活性炭對(duì)溶液中重金屬離子的吸附能力強(qiáng)。對(duì)比椰殼活性炭對(duì)這4種離子的吸附量，可以看出Pb²⁺和Cu²⁺更容易被椰殼活性炭吸附。

二、椰殼活性炭用量對(duì)其重金屬離子吸附性能的影響

在常溫常壓下，分別取不同投加量的椰殼活性炭，放人50mL初始濃度為1000mg/L的溶液中，調(diào)節(jié)溶液pH=7，溫度均為25℃，振蕩時(shí)間為60min，恒溫振蕩器轉(zhuǎn)速為200r/min，結(jié)果如圖3所示。

由圖可知，隨著活性炭用量的逐漸加大，吸附效果也越好，直到趨于平衡。從宏觀趨勢(shì)判斷，當(dāng)活性炭用量加到5g之后，它的吸附效果就逐漸平緩，當(dāng)加到6g之后，它的吸附量不再變化，已經(jīng)處于飽和狀態(tài)。從微觀分析，當(dāng)活性炭從0.2g增加到0.5g時(shí)，Zn²⁺被吸附的效果較佳，其余3種離子的被吸附量相差較小，從0.5g增加到4g的過(guò)程中，Zn²⁺和Cd²⁺被吸附量變化一致，活性炭對(duì)Pb²⁺和Cu²⁺的吸附效果相同，當(dāng)增加到6g時(shí)，活性炭對(duì)這4種重金屬離子的吸附量均已達(dá)到飽和，但這4種離子中Zn²⁺被吸附量的變化顯著，所以活性炭對(duì)Zn²⁺的吸附性較佳。

三、振蕩時(shí)間對(duì)椰殼活性炭重金屬離子吸附性能的影響

活性炭在反應(yīng)體系中的停留時(shí)間對(duì)重金屬的凈化效率有影響，在反應(yīng)過(guò)程中不但要保證活性炭在重金屬?gòu)U水中有足夠長(zhǎng)的停留時(shí)間以確保較高的去除效率，但停留時(shí)間不宜過(guò)長(zhǎng)。吸附時(shí)間過(guò)短，會(huì)使吸附進(jìn)行的不完全，吸附時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，在實(shí)際應(yīng)用中會(huì)浪費(fèi)掉更多的能耗，增加吸附成本。在常溫常壓條件下，控制模擬廢水溶液初始濃度為1000mg/L，調(diào)節(jié)溶液pH=7，溫度均為25℃，活性炭投加量為7g，恒溫振蕩器轉(zhuǎn)速為200r/min，控制不同梯度的反應(yīng)時(shí)間，結(jié)果如圖4所示。

由圖可知，振蕩時(shí)間越長(zhǎng)，椰殼活性炭的吸附量就越大，可以保證活性炭的吸附性得到很大程度的發(fā)揮。當(dāng)振蕩時(shí)間為200min時(shí)，活性炭的吸附效果達(dá)到飽和了，隨著時(shí)間的增加，Zn²⁺和Cd²⁺去除量增長(zhǎng)較快，而Pb²⁺和Cu²⁺去除量的增長(zhǎng)較為緩慢，因此振蕩時(shí)間對(duì)活性炭吸附Zn²⁺和Cd²⁺的影響較大。隨著時(shí)間的增長(zhǎng)，椰殼活性炭對(duì)4種重金屬離子吸附能力由強(qiáng)到弱依次為：Zn²⁺>Cd²⁺>Pb²⁺>Cu²⁺。

四、溫度對(duì)椰殼活性炭重金屬離子吸附性能的影響

對(duì)比在不同溫度條件下，椰殼活性炭對(duì)重金屬離子的吸附量，結(jié)果如圖5所示。

由圖可知，當(dāng)初始溫度設(shè)置在20℃時(shí)，隨著溫度的升高，活性炭的吸附能力也在增強(qiáng)，當(dāng)溫度達(dá)到30℃時(shí)，活性炭對(duì)4種金屬離子的吸附能力到達(dá)上限，之后，隨著溫度的升高，活性炭的吸附能力反倒開(kāi)始逐漸降低，其中對(duì)Pb²⁺的吸附能力下降的很快。這是因?yàn)槲�附反�?yīng)是放熱的，溫度越低，越有利于吸附的放熱反應(yīng)，吸附效果越好。

五、結(jié)語(yǔ)

本實(shí)驗(yàn)后期可以對(duì)不同離子濃度的去除率進(jìn)行研究，探索改性后椰殼活性炭的吸附能力，添加pH空白實(shí)驗(yàn)以及活性炭性質(zhì)表征等。