活性炭吸附铜的研究开题报告

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1、开题报告活性炭吸附铜的研究一、选题的背景、意义随着现代工业及其它产业的迅猛发展，水体污染已经引起了当今世界各国的普遍关注，特别是日益严重的重金属废水污染周围环境的问题。重金属废水主要含有铬、镍、铜、锌、汞、锰、镉、钒及锡等有毒重金属离子，它的来源很广，如金属矿山、电解、电镀、医药、制革工业等等。不加处理或处理未达标的重金属废水大量排放，将会对人类自身的健康和生态环境造成极大危害。金属铜在国民经济生活和工业生产中扮演着重要角色，不断有科研工作者投入到含铜离子废水处理的研究当中。铜离子如果不经处理排入环境中，通过水迁移、土壤积累和食物链的累积和放大效应，将对人体产生伤害，导致

2、腹痛、呕吐，甚至是肝硬化等[1-2]。我国已将铜及其化合物列入水体优先控制污染物的“黑名单”[3]。同时金属铜有较高的经济价值，铜离子不经回收直接排放将会造成很大的资源浪费。其实，多年来人们不断开发改进处理废水中铜离子的方法和技术,如化学沉淀、氧化、还原、蒸发浓缩、电积、离子交换、吸附和浮选等等多种方法[4]。化学沉淀法可处理大量的、金属浓度高的工业废水,但需要污泥脱水设备，并且占地面积大、操作复杂。而离子交换法中离子交换树脂再生频繁,处理费用高[5]。吸附法的材料便宜易得，成本低，去除效果好而且不会产生二次污染，一直受到人们的青睐。活性炭作为一种非极性吸附剂,来源丰富,

3、它具有发达的孔隙结构,巨大的比表面积,较多的表面化合物和良好的机械强度，其对重金属去除的有效性已经被广泛论证,成为吸附重金属的常用吸附剂之一[6]。目前，颗粒活性炭、粉状活性炭、活性炭纤维、炭分子筛、含碳的纳米材料等相继问世。二、相关研究的最新成果及动态1吸附机理分析目前,活性炭对金属离子的吸附机理被认为主要是金属离子在活性炭表面的离子交换吸附,同时还有重金属离子与活性炭表面的含氧官能团之间的化学吸附、金属离子在活性炭表面沉积而发生的物理吸附[7-8]。Mohan[9]认为如果活性炭对金属离子的吸附中离子交换占主导作用,那么被吸附与被解吸附的金属离子之比应约等于1,而目前

4、的研究结果则与此是严重背离的,因此他认为活性炭对重金属的吸附不仅仅是一个简单的离子交换过程,7活性炭上各种活性位点对重金属的吸附也是一个重要的原因。同时,金属阳离子和活性炭表面的阴离子间的静电引力也起了一定的作用。也有学者[10]认为活性炭对重金属的吸附表现为一种表面络合现象。活性炭颗粒表面各种含羟基的基团与溶液中离子的各种形态形成表面络合而将其吸附。2吸附平衡式2.1Langmuir模式和Freundlich模式Langmuir模式和Freundlich模式是活性炭对重金属的吸附中最常见的经典经验模式。这两个模式主要是依靠大量的实验结果而提出的数学模式,形式简单,计算方

5、便,能化成某一线性方程进行作图拟合而被广泛应用。张淑琴等通过对重离子铅、镉、铜等的吸附研究[11]，得出的吸附曲线可以很好与Langmuir型和Freundlich型曲线拟合，线性相关系数均在0.95以上，说明三种金属离子在活性炭上的吸附属单分子层吸附，该吸附过程属于物理吸附和化学吸附并存的物理运动过程，只要金属铅离子充分接触活性炭表面并进入空隙内部就能有效地被吸附，但当吸附到达一定的时间后，吸附运动基本达到一种动态平衡。Langmuir模式和Freundlich模式的应用实例是相当广泛的。但它们同时也含有一些缺点,因而限制了其应用[12-13]:(1)Langmuir模

6、式和Freundlich模式的参数是通过实验在某种特定条件下(如pH值一定的条件下)得出的,因而不具有普遍性,只能在有限的范围内才能运用。(2)这些经验式都没有明确的物理意义,在其适用范围内,只能概括的表达一部分实验事实,而不能说明吸附作用的机理。2.2表面络合模式表面络合模式(SurfaceComplexFormationModel,SCFM)是基于溶液中配位化学反应平衡理论,把金属阳离子在活性炭表面上的吸附看成是活性炭上的官能团(羟基)与金属阳离子之间的化学反应。目前具有代表性的表面络合模式有恒定容量模式(Constantcapacitancemodel,CCM)、扩

7、散层模式(Diffuselayermodel,DLM)和三层模式(Triplelayermodel,TLM)。ChenJPaul发现TLM模型不仅能描述在各种变化的情况(如pH值、离子强度、阴离子类型、初始浓度)下H型活性炭对重金属离子的吸附情况,而且还能描述在多个金属离子共存的条件下H型活性炭对重金属离子的吸附情况。3吸附影响因素分析3.1活性炭粒径、孔隙的大小活性炭的吸附能力与活性炭的孔隙大小和结构有关。一般来说，颗粒越小，孔隙扩散速度越快，活性炭的吸附能力就越强。Huang和Smith等（1981）通过实验证明[14]，