一、实验目的

静态吸附实验指导书

1、 了解吸附剂的吸附性能和吸附原理； 2、 掌握吸附等温线和吸附动力学方程。 二、实验水样与吸附剂

实验水样采用一定浓度的自配有机物溶液（如浓度为25mg/L的亚甲基蓝溶液）。选定某有机物之前首先需确定该有机物浓度的分析方法。

吸附剂为活性炭，有粉末、粒状和柱状等多种形式。粉末活性炭的制备过程如下：吸附剂经磨细（一般采用通过0.1mm筛孔以下的粒径）、水洗后，分别配制成80目和200目，在110℃下干燥（烘干1小时）后备用。 三、实验原理

活性炭的吸附能力以吸附量qe表示，如果在一定压力和温度条件下，用m克活性炭吸附溶液中的溶质，被吸附的溶质为x毫克，则单位重量的活性炭吸附溶质的数量qe即为吸附容量（吸附量）。

qe?xV(C0?Ce) ?mm式中：qe ： 活性炭吸附量，即单位重量的活性炭所吸附的物质重量，mg/g； x ： 被吸附物质重量，mg； m ： 活性炭投加量，g； V ： 水样体积，L；

C0、Ce ： 分别为吸附前原水及吸附平衡时污水中的物质浓度，mg/L。 qe的大小除了决定于活性炭的品种之外，还与被吸附物质的性质、浓度、水的温度pH值有关。

由吸附容量qe和平衡浓度Ce的关系所绘出的曲线为吸附等温线，表示吸附等温线的公式为吸附等温式。最常用的吸附等温式是朗格缪尔（Langmuir）模型和弗兰德利希（Freundich）模型。Langmuir方程是假设吸附剂的表面是单一、开放的，且任一个吸附位点只能容纳一个被吸附离子，且所有吸附位点的吸附性能相同，故属于单分子层吸附模型。当吸附剂表面的吸附位点达到饱和时，吸附剂的吸附量为最大值，在吸附剂表面上的各吸附位点间无被吸附离子的转移运动，且在体系达到平衡时，吸附与脱附速度是相等的。Freundlich方程假设吸附

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剂表面的活性吸附位点的分布是不均匀的，吸附不受单层吸附的限制，可以用来描述不同体系的可逆吸附。

Langmuir：qe=qmaxbCe/ (1+bCe)；Ce/qe =1/qmaxb+Ce/qmax（线性表达式）

（在坐标轴上，以1/qe（g/mg）为纵坐标，1/ Ce（L/mg）为横坐标，按静态吸附实验结果绘图，可得直线，纵坐标上的截距为qmax值，斜率为b值。）

xFreundich ：qe=?KCen；logqe =logK+1/n logCe（线性表达式）

m（在双对数坐标轴上，以吸附容量qe为纵坐标，Ce为横坐标，按静态吸附实验结果绘图，可得直线，纵坐标上的截距为K值，斜率为1/n值。）

式中：

C0是溶液的初始污染物浓度，mg·L-1； Ce是溶液中污染物的平衡浓度，mg·L-1；

qe 和qmax 分布是平衡吸附量和最大吸附量mg·g-1； b是 Langmuir模型常数； K和n是Freundlich模型常数。

1从Langmuir方程中定义一个无量纲分离因子RL，来预测该吸附反应是否为有利过程，其定义式为：RL = 1/ (1 + b·C0 )

RL﹥1 时为不利吸附；RL=1时为线性吸附；RL=0 时为不可逆吸附；0﹤RL﹤1时为有利吸附，且在此范围内，RL越大，越有利于污染物的去除。

由吸附等温线可以比较不同活性炭的吸附效果，并由此计算将所需去除的溶质从初始浓度C0降低到要求浓度，所需投加的活性炭数量。

吸附动力学的研究可以直观地说明吸附反应是如何进行的，反应速率有多大，它主要研究吸附速率随时间的变化规律，分析对速率的影响因素，继而探讨吸附机理。动力学研究和动态连续性吸附研究，提供了吸附反应的速率和水动力参数，这在工艺流程设计中都是非常重要的。

吸附过程受扩散控制、混合控制、势垒控制的影响，学者研究创建了基于反应时间、以吸附量为基础的动力学模型来描述吸附系统的反应级数。

为了研究吸附机理和吸附过程潜在的速率控制步骤，比如膜传质阻力、颗粒内扩散和快速的、无速率控制的阶段的扩散过程等对化学反应进程的影响，多采

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用动力学模型来对污染物的吸附实验数据进行检验。

假设吸附剂微粒是球形的，且只发生吸附剂的表面吸附。只要实验数据是在充分振荡混匀的静态吸附实验中进行的，即可假定外部的膜扩散对吸附速率是没有影响的。常用的吸附动力学方程有准一级动力学模型和准二级动力学模型。

准一级动力学模型假定吸附受扩散步骤的控制，且吸附速率与平衡吸附量与t时刻吸附量的差值成正比，其具体表达式为：

dqt/dt = k1(qe - qt) ；lg(qe - qt) = lgqe - (k1/2.303)t （线性表达式）

（在坐标轴上，以lg(qe - qt) 为纵坐标，t（min）为横坐标，按静态吸附实验结果绘图，可得直线，纵坐标上的截距为qe值，斜率为k1值。）

准二级动力学模型假定吸附速率受化学吸附机理的控制，该机理涉及到吸附剂与要去除离子之间的电子共用或转移，其具体表达式为：

dqt/dt = k2(qe - qt)2 ；t/qt = (k2 qe2)-1 + t/qe （线性表达式）

（在坐标轴上，以t/qt 为纵坐标，t（min）为横坐标，按静态吸附实验结果绘图，可得直线，纵坐标上的截距为qe值，斜率为k2值。）

式中：

qt为t时刻的吸附量，mg·g-1； qe为平衡吸附量，mg·g-1； t为吸附反应时间，min；

k1为准一级吸附速率常数，min?1； k2为准二级吸附速率常数，g·(mg·min)-1。

四、实验步骤 （1）器材准备

将活性炭用蒸馏水洗去细粉，并在105℃温度下烘至恒重。 （2）标准曲线

配置不同浓度（1、2.5、5、7.5、10、15、20mg/L）的亚甲基蓝标准溶液各1000mL，在665nm的波长下，用分光光度计测得吸光度值，绘制吸光度和亚甲基蓝溶液浓度之间的关系曲线，即标准曲线。 （3）吸附实验

A：在6个250mL的三角烧瓶中分别投加25、50、75、100、125、150mg

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活性炭，再分别加入25mg/L 的亚甲基蓝溶液100mL，测定水温，将三角烧瓶放在振荡器上以180r/min振荡60min，用漏斗和滤纸滤出活性炭。

B：取100mg的活性炭分别放入6个250ml的三角烧瓶中，再分别加入100ml实验水样（25mg/L 的亚甲基蓝溶液），置于恒温振荡器中以180r/min振荡，分别在5min、10min、15min、30min、45min、60min、75min时，用滤纸滤除吸附剂。

（4）吸附测试

利用分光光度计测定滤出液的吸光度，在标准曲线上查出对应的亚甲基蓝浓度。

（5）数据处理

根据原始数据计算活性炭对亚甲基蓝的吸附量和去除率。以朗格缪尔和弗兰德利希方程的形式求出其吸附等温方程式，以准一级和准二级吸附速率模型方程的形式求出其吸附动力学参数，并绘制吸附等温线及吸附动力学的拟合图。 五、实验原始数据记录

表1 亚甲基蓝溶液标准曲线原始数据记录表

C（mg/L） A 5 15 20 25 30 表2活性炭静态吸附实验吸附等温线原始数据记录表 m（mg） A 15 30 45 60 75 90 表3 活性炭静态吸附实验吸附动力学原始数据记录表 t（min） A

六、实验结果分析

1、吸附等温线和吸附动力学有什么现实意义？

5 15 30 60 90 120 4

2、活性碳投加量对于吸附平衡浓度的测定有什么影响，该如何控制？ 3、实验结果受哪些因素影响较大，该如何控制？ 七、实验报告

实验报告必须包括以下内容： 1、实验日期，时间、地点；

2、实验试剂、材料、仪器和设备等相关信息（生产厂家、型号、性能等参数）； 3、实验名称、原理、内容、步骤；

4、实验过程、实验数据、相关计算、结果分析。

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