果壳活性炭吸附水溶液中苯酚的定量理论研究

论文摘要

吸附法是国内外应用较为广泛的一种废水处理方法,具有处理设备及工艺简单、适应的浓度范围广、不会造成二次污染等显著优点。在吸附法处理废水实践中,吸附剂与吸附质的准确定量计算问题长期以来未得到有效解决。基于一系列固／液相离子吸附体系的研究建立的四组分吸附模型,给出了吸附量与吸附剂浓度及吸附质浓度之间的定量关系,但是,至今只在离子吸附体系中得到验证。本文选用果壳活性炭作为吸附剂,在苯酚起始浓度50-1000 mg/L和吸附剂浓度5-25 g/L范围内,研究该吸附体系的平衡等温吸附过程及动力学过程,探讨四组分吸附模型在在分子吸附体系中的有效性和适应条件。主要研究结果如下：（1）利用农副产品加工生产的果壳活性炭能高效、快速地吸附去除废水中的苯酚,是一种很有前景的净水材料。温度对该吸附的影响不显著,在10-40℃范围内,吸附量随温度的升高而略有减小；溶液起始pH值对吸附量有显著影响,控制含酚废水溶液pH值在酸性至中性条件下有利于提高吸附去除率。（2）果壳活性炭对水溶液中苯酚的吸附体系中存在吸附剂浓度效应；经典的Langmuir与Freundlich等温方程参数不恒定为常数,而是随吸附质浓度C0和吸附剂浓度W0变化而不断发生变异,给W0、变化C0或给定C0、变化W0所获得的拟合参数用于比较不同吸附剂的吸附性能、或进行热力学估算都有可能导致错误结论。（3）果壳活性炭吸附水溶液中苯酚的规律符合四组分吸附模型,苯酚平衡吸附量和去除率由溶液中起始吸附质浓度C0和吸附剂浓度W0的相对水平决定,给定C0/W0比值,平衡吸附量具有唯一对应的值；由四组分吸附模型推导出的平衡吸附量预测方程可以准确地预测给定C0和W0条件下苯酚的吸附量,表明前人在一系列固液相离子吸附体系研究基础上提出的四组分吸附理论同样适用于分子吸附体系。（4） Lagergren准二级动力学方程能很好地拟合果壳活性炭吸附水溶液中苯酚的动力学过程,但其参数随C0和W0变化且不能确定其间的函数关系；基于四组分吸附理论推导得出的动力学方程与该实验数据吻合程度很高,其参数与C0和W0具有稳定的函数关系,可以作为给定C0、W0条件下果壳活性炭-苯酚吸附动力学过程的预测模型。本文证实了经典吸附理论在应用中存在吸附剂浓度效应、参数变异等问题,四组分吸附模型则可以有效地消除吸附剂的浓度效应,有效地解决了固／液相分子吸附过程中的定量计算准确性问题,为吸附法处理含苯酚废水的定量研究提供了理论依据。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 苯酚废水的危害及处理方法简介
• 1.1.1 我国水资源危机与水污染状况简介
• 1.1.2 苯酚废水来源及危害
• 1.1.3 苯酚废水处理方法简介
• 1.2 活性炭吸附法处理苯酚废水的研究进展
• 1.2.1 活性炭简介
• 1.2.2 活性炭吸附法处理苯酚废水的研究及应用现状
• 1.2.3 活性炭吸附法研究中存在的问题
• 1.3 固/液吸附理论研究进展
• 1.3.1 Langmuir吸附等温式
• 1.3.2 Freundlich吸附等温式
• 1.3.3 经典吸附等温式在含苯酚废水中的应用
• 1.3.4 固/液吸附动力学理论
• 1.3.5 经典吸附理论基础与存在的问题
• 1.3.6 四组分吸附理论
• 1.4 课题研究内容与目的
• 1.4.1 研究目的
• 1.4.2 研究内容
• 2 实验部分
• 2.1 实验器材
• 2.1.1 实验仪器
• 2.1.2 实验试剂与材料
• 2.2 实验内容
• 2.2.1 苯酚定量分析方法
• 2.2.2 常用吸附剂吸附性能比较实验
• 2.2.3 温度影响实验
• 2.2.4 pH值影响实验
• 2.2.5 平衡吸附实验
• 2.2.6 动力学实验
• 2.3 常用符号
• 3 果壳活性炭吸附苯酚的影响因子
• 3.1 果壳活性炭与常用吸附剂的吸附性能比较
• 3.2 温度对吸附的影响
• 3.3 溶液PH值对吸附的影响
• 3.4 吸附质及吸附剂浓度的影响
• 3.5 小结
• 4 等温吸附曲线
• 4.1 经典等温方程分析
• 4.1.1 Langmuir线性趋势分析
• 4.1.2 Freundlich线性趋势分析
• 4.1.3 经典等温方程参数
• 4.1.4 经典等温方程拟合曲线
• 4.1.5 吸附质浓度效应
• 4.2 四组分吸附模型分析
• m和k值'>4.2.1 参数的确定:q_m和k值
• 4.2.2 四组分吸附模型拟合实验数据
• 4.3 小结
• 5 吸附动力学
• 5.1 平衡吸附时间
• 5.2 平衡吸附量
• 5.3 小结
• 6 结论与建议
• 6.1 结论
• 6.2 创新点
• 6.3 建议
• 参考文献
• 攻读学位期间的主要学术成果
• 致谢