【文章內(nèi)容簡介】 的操作條件等都影響吸附效果。(1)吸附劑比表面積：單位重量吸附劑的表面積稱為比表面積。吸附劑的粒徑越小，或是微孔越發(fā)達(dá)，其比表面積越大。吸附劑的比表面積越大，則吸附能力越強(qiáng)?？捉Y(jié)構(gòu)：吸附劑內(nèi)孔的大小和分布對吸附性能影響很大?？讖教?，比表面積小，吸附能力差；孔徑太小，則不利于吸附質(zhì)擴(kuò)散，并對直徑較大的分子起屏蔽作用。大部分吸附表面積由微孔提供，因此吸附量主要受微孔支配。表面化學(xué)性質(zhì)：吸附劑在制造過程中會形成一定量的不均勻表面氧化物，表面氧化物可成為選擇性的吸附中心，使吸附劑具有類似化學(xué)吸附的能力。吸附劑的物理化學(xué)性質(zhì)和吸附質(zhì)的物理化學(xué)性質(zhì)對吸附有很大影響。一般，極性分子(或離子)型的吸附劑容易吸附極性分子(或離子)型的吸附質(zhì)；非極性分子型的吸附劑容易吸附非極性的吸附質(zhì)。(2)吸附質(zhì)對于一定的吸附質(zhì)，由于吸附質(zhì)性質(zhì)的差異，吸附效果也不一樣。通常吸附有機(jī)物時(shí)，隨有機(jī)物分子量的增大而增大。吸附質(zhì)的溶解度越低，越容易被吸附。吸附質(zhì)的濃度增加，吸附量也隨之增加。(3)操作條件溫度的影響：吸附是放熱過程，低溫有利于吸附，升溫有利于脫附； pH值的影響：溶液的pH值影響到溶質(zhì)的存在狀態(tài)，也影響到吸附劑表面的電荷特性和化學(xué)特性，進(jìn)而影響到吸附效果；接觸時(shí)間的影響：在吸附過程中，應(yīng)保證吸附劑與吸附質(zhì)有足夠的接觸時(shí)間。吸附能力和吸附速度是衡量吸附過程的主要指標(biāo)。固體吸附劑吸附能力的大小可用吸附量來衡量。吸附速度是指單位重量吸附劑在單位時(shí)間內(nèi)所吸附的物質(zhì)量。在水處理中，吸附速度決定了污水需要與吸附劑接觸的時(shí)間。吸附速度快，則所需的接觸時(shí)間就短，吸附設(shè)備的容積就小。多孔性吸附劑的吸附過程基本上可分為三個(gè)階段：顆粒外部擴(kuò)散階段，即吸附質(zhì)從溶液中擴(kuò)散到吸附劑表面；孔隙擴(kuò)散階段，即吸附質(zhì)在吸附劑孔隙中繼續(xù)向吸附點(diǎn)擴(kuò)散；吸附反應(yīng)階段，吸附質(zhì)被吸附在吸附劑孔隙內(nèi)的吸附點(diǎn)表面。一般，吸附速度主要取決于外部擴(kuò)散速度和孔隙擴(kuò)散速度。顆粒外部擴(kuò)散速度與溶液濃度成正比，也與吸附劑的比表面積的大小成正比。因此吸附劑顆粒直徑越小，外部擴(kuò)散速度越快。同時(shí)，增加溶液與顆粒間的相對運(yùn)動速度，也可以提高外部擴(kuò)散速度。 孔隙擴(kuò)散速度與吸附劑孔隙的大小和結(jié)構(gòu)，吸附質(zhì)顆粒的大小和結(jié)構(gòu)等因素有關(guān)。一般，吸附劑顆粒越小，孔隙擴(kuò)散速度越快。吸附劑的種類很多。常用的有天然和人工制作的兩類吸附劑。天然礦物吸附劑有硅藻土、白土、天然沸石等。雖然其吸附能力小，選擇吸附分離能力低，但價(jià)廉易得，不易于進(jìn)行回收。人工吸附劑則有活性炭、硅膠、活性氧化鋁、合成沸石等等。（1）活性炭:將煤、椰子殼、果核、木材等進(jìn)行炭化，再經(jīng)活化處理，可制成各種不同性能的活性炭，其比表面可達(dá)1500m2/g?；钚蕴烤哂蟹菢O性表面，為疏水性和親有機(jī)物的吸附劑。在生產(chǎn)中應(yīng)用的活性炭的種類很多。一般都制成粉末狀或顆粒狀。粉末狀的活性炭吸附能力強(qiáng)，制備容易，價(jià)格較低，但再生困難，一般不能重復(fù)使用。顆粒狀的活性炭價(jià)格較貴，但可再生后重復(fù)使用，并且使用時(shí)的勞動條件較好，操作管理方便。因此在水處理中較多采用顆粒狀活性炭。（2）硅膠:硅酸鈉溶液用酸處理，沉淀所得的膠狀物經(jīng)老化、水洗、干燥后，制得硅膠。硅膠是一種親水性的吸附劑，其比表面可達(dá)600m2/g。硅膠是無定形水合二氧化硅，其表面羥基產(chǎn)生一定的極性，使硅膠對極性分子和不飽和烴具有明顯的選擇性。（3）活性氧化鋁:由含水氧化鋁加熱活化而制的活性氧化鋁，其比表面可達(dá)350m2/g?；钚匝趸X是一種極性吸附劑，對水分的吸附能力大，且可循環(huán)使用，物化性能變化不大。（4）合成沸石和天然沸石分子篩:沸石是一種硅鋁酸金屬鹽的晶體，其比表面可達(dá)750m2/g。它具有較高的化學(xué)穩(wěn)定性，微孔尺寸大小均一，是強(qiáng)極性吸附劑。隨著晶體中的硅鋁比的增加，極性逐漸減弱。它的吸附選擇性強(qiáng)，能起篩選分子的作用。沸石分子篩在環(huán)境水處理中應(yīng)用很廣。（5）腐植酸類吸附劑:用作吸附劑的腐植酸類物質(zhì)主要有：天然的富含腐植酸的風(fēng)化煤、泥煤、褐煤等，它們可以直接使用或經(jīng)簡單處理后使用；將富含腐植酸的物質(zhì)用適當(dāng)?shù)恼澈蟿┲苽涑傻母菜嵯禈渲?。腐植酸類物質(zhì)能吸附工業(yè)廢水中的許多金屬離子，如汞、鉻、鋅、鎘、鉛、銅等。腐植酸類物質(zhì)在吸附重金屬離子后，可以用H2SOHCl、NaCl等進(jìn)行解吸。目前，這方面的應(yīng)用還處于試驗(yàn)、研究階段，還存在吸附(交換)容量不高，適用的pH值范圍較窄，機(jī)械強(qiáng)度低等問題，需要進(jìn)一步研究和解決?；鹕皆且环N火山噴發(fā)中經(jīng)過高溫燃燒噴出后冷卻形成的礦渣狀多孔輕質(zhì)材料，由孔隙、火山玻璃和礦物組成。具有多孔、輕質(zhì)、導(dǎo)熱系數(shù)小，顆粒均勻等性質(zhì)?？紫妒怯捎谂菽屏?、氣體逃逸而形成?；鹕皆ǔ楹谏?、深灰色、紅色和棕色。自然形態(tài)以粗粒狀火山堆積形式存在，主要靠顆粒間的嵌擠作用而形成不規(guī)則排列。由于其內(nèi)部多孔，比表面積較大，化學(xué)和熱穩(wěn)定性好，使之具有較好的吸附性能，而且易于再生，便于重復(fù)利用,因此火山渣陶粒是一種廉價(jià)的吸附劑[16]。我們通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，陶粒對銅具有較強(qiáng)的吸附能力，進(jìn)而對用陶粒處理含銅廢水進(jìn)行了試驗(yàn)研究。本方法操作簡便、易于固液分離，因此具有一定的實(shí)用性。氧化鋁和鐵氧化物是多孔性物質(zhì)，每克的內(nèi)表面積高達(dá)數(shù)百平方米，活性高吸附能力強(qiáng)。采用氧化鋁和鐵氧化物改性劑涂在陶粒上,可改變陶粒表面的負(fù)電性。采用這種氧化鋁和鐵氧化物涂層陶粒進(jìn)行直接過濾,可以有效地提高對銅離子的去除效果。此外，陶粒涂層中鋁離子和鐵離子溶出，將在溶液中形成絮體，對銅離子有一定的沉淀效應(yīng)，從而可有效降低銅的濃度。（1）無機(jī)吸附劑處理含銅廢水無機(jī)吸附劑多呈特殊結(jié)構(gòu)，如片層、纖維狀或是多孔結(jié)構(gòu)，具有比表面積大的特點(diǎn)，能吸附水中銅離子的同時(shí)還可能吸附其他污染因子，如廢水中的有機(jī)大分子物質(zhì)等，同時(shí)對廢水中存在的金屬離子都有吸附性，選擇性不高。天然存在的一些無機(jī)物具有很好的吸附性，用于含銅廢水的處理都取得了一定成績。我國的研究人員采用含有磷酸鹽的土壤作為二次吸附劑處理含銅廢水取得了較好的效果，而再生過程中洗脫液中銅離子濃度較高，且洗脫液中的成分單一，有利于銅的二次資源化利用。再如沸石和海泡石都是自然界存在的無機(jī)物，經(jīng)過預(yù)處理后都可用于吸附金屬離子。沸石分子具有獨(dú)特的結(jié)構(gòu)，沸石處理含銅廢水在國內(nèi)外都有報(bào)道[17]。 （2）有機(jī)吸附劑處理含銅廢水有機(jī)吸附劑是通過有機(jī)合成，將活性基團(tuán)架接在高分子骨架上的吸附劑。有機(jī)吸附劑上的活性基團(tuán)與水中的銅離子發(fā)生離子交換或是產(chǎn)生螯合作用，從而使銅離子從廢水中脫離，達(dá)到凈化的目的。有機(jī)吸附劑又可以分為離子交換纖維，合成樹脂以及離子交換膜。其中合成樹脂已經(jīng)在鍋爐用水軟化處理等行業(yè)有了較為廣泛的應(yīng)用。離子交換纖維是一種纖維狀物質(zhì)，通過離子交換達(dá)到去除銅離子的目的。其表面積比離子交換樹脂的粒狀和離子交換膜的薄膜體要大得多，因而其吸附和再生的時(shí)間比較短。但是離子交換纖維的合成工藝復(fù)雜，投資成本高。合成樹脂多呈球形顆粒，由于具有在處理過程中受到的水流阻力小、交換速度快、機(jī)械強(qiáng)度高、操作簡單、選擇性高、解吸容易和可再生循環(huán)使用等優(yōu)點(diǎn)，已在工業(yè)上得到廣泛應(yīng)用。有機(jī)吸附劑克服了無機(jī)吸附劑在處理含銅廢水時(shí)選擇性差的缺點(diǎn)，對銅離子的選擇性高，處理效率也得到提高，并不受廢水中銅離子初始濃度的限制，使得廢水中的有價(jià)成分能夠充分富集回收。（3）無機(jī)—有機(jī)復(fù)合材料吸附劑處理含銅廢水 無機(jī)—有機(jī)復(fù)合材料是功能材料研究中很重要的一類聚合物。通過對無機(jī)物質(zhì)的改性，接枝有機(jī)高分子化合物，改變自然態(tài)無機(jī)聚合物的內(nèi)腔和通道的尺寸與形狀，從而調(diào)節(jié)這些化合物的物理特性。改性途徑主要有兩種：一是對高聚物基材表面進(jìn)行化學(xué)修飾，即在基材表面進(jìn)行衍生、光放電、化學(xué)反應(yīng)等從而引入活性基團(tuán)或螯合劑；二是將高聚物基材與其它化學(xué)物質(zhì)進(jìn)行交聯(lián)、接枝共聚，從而提高整體材料的化學(xué)結(jié)構(gòu)，最終提高重金屬離子吸附性能。這類聚合物具有許多特殊的性能，在新功能材料，如選擇性催化、分子識別、可逆性主客體分子(離子)交換、超高純度分離、生物傳導(dǎo)材料、光電材料、磁性材料和芯片等新材料開發(fā)中顯示了誘人的應(yīng)用前景。此類化合物具有豐富的配位鍵，利用化學(xué)成鍵、膠結(jié)作用吸附水中的金屬離子。由于吸附法對進(jìn)水的預(yù)處理要求高，吸附劑的價(jià)格昂貴，因此在廢水處理中，吸附法主要用來去除廢水中的微量污染物，達(dá)到深度凈化的目的。如：廢水中少量重金屬離子的去除、少量有害的生物難降解有機(jī)物的去除、脫色除臭等[18]。對比目前國內(nèi)外處理含銅廢水的工藝，化學(xué)沉淀法的不足之處在于產(chǎn)生含重金屬污泥，若污泥沒有得到妥善的處理還會產(chǎn)生二次污染。樹脂交換容量有限，樹脂成本較高等原因，所以應(yīng)用也有限制性。生物吸附技術(shù)具有廣泛的工業(yè)應(yīng)用前景，但是現(xiàn)在對生物吸附金屬機(jī)理的認(rèn)識還不夠深入，并缺乏金屬離子和生物吸附劑相互作用的動力學(xué)數(shù)據(jù)，從而影響工業(yè)過程的系統(tǒng)設(shè)計(jì)和放大。反滲透法存在不耐高溫、抗壓實(shí)性及抗微生物的侵蝕能力較差、膜質(zhì)量要求高及使用年限短、水體通常需預(yù)處理等缺點(diǎn)。綜合考慮，吸附法則具有較寬廣的應(yīng)用前景，但是傳統(tǒng)法多采用活性碳作吸附劑，活性炭具有吸附能力強(qiáng)，去除效率高等特點(diǎn),但價(jià)格較貴，應(yīng)用受到一定的限制。吉林省富含火山渣礦產(chǎn)，且目前火山渣礦產(chǎn)主要用于建材領(lǐng)域，產(chǎn)品附加值較低，資源效益低。使用不當(dāng)還會造成污染。與此同時(shí)，陶粒具有較大的比表面積，作為廉價(jià)的吸附劑有良好的吸附效果。因此本實(shí)驗(yàn)主要采用火山渣陶粒作為吸附劑采用吸附法去除銅離子。通過測量改變單個(gè)影響因素所得到的去除率，找出每個(gè)影響因素的最佳值。(1)改變影響吸附法處理含銅廢水的因素，測定處理后廢水中銅離子的含量：吸附劑用量對銅去除率的影響；廢水pH值對銅去除率的影響；接觸時(shí)間對銅去除率的影響；含銅廢水初始濃度對銅去除率的影響；(2)測定并繪制吸附等溫線，分析吸附等溫式；(3)陶粒改性研究，分別對陶粒涂鋁、涂鐵，并考察對比陶粒和改性陶粒對銅的去除效果。銅的冶煉、加工以及電鍍等工業(yè)生產(chǎn)過程中都會產(chǎn)生大量含銅廢水，其含銅濃度高達(dá)幾十mg／L，這種廢水排入水體中，會嚴(yán)重影響水的質(zhì)量，對環(huán)境造成污染。／L時(shí)，對水體自凈有明顯的抑制作用；／L，會產(chǎn)生異味；超過15mg／L，就無法飲用。因此，工業(yè)廢水必須經(jīng)過處理才能達(dá)到環(huán)境要求。本研究利用陶粒吸附處理含銅廢水，為后續(xù)處理創(chuàng)造良好的條件。本研究的目的在于研究陶粒作為吸附劑處理廢水的可行性?？疾焯樟＜巴夸X、涂鐵陶粒對水溶液中銅離子的吸附性能與條件,以及吸附時(shí)間，廢水的pH值，吸附溫度，廢水中銅離子的初始濃度和陶粒，涂鋁、涂鐵陶粒用量對吸附性能的影響。為涂鋁、涂鐵陶粒在廢水處理,特別是含銅等重金屬廢水處理的進(jìn)一步利用提供理論依據(jù)和工藝參數(shù)。吉林省火山渣礦產(chǎn)資源豐富，總儲量預(yù)測10億m3,占全國儲量一半以上。目前火山渣礦產(chǎn)主要用于建材領(lǐng)域，做為墻體材料輕骨料及輕骨料混凝土的原料，產(chǎn)品附加值較低，資源效益低。拓展火山渣礦產(chǎn)利用領(lǐng)域，可取得更大的經(jīng)濟(jì)效益。不但可提高火山渣礦產(chǎn)品的附加值，同時(shí)可降低環(huán)保工程的投資成本。陶粒是一種廉價(jià)的吸附劑，陶粒內(nèi)部多孔，比表面積較大，化學(xué)和熱穩(wěn)定性好，使之具有較好的吸附性能，而且易于再生，便于重復(fù)利用。因此采用陶粒作為吸附劑不僅經(jīng)濟(jì)實(shí)用而且能獲得較好的吸附效果。我們通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，陶粒對銅具有較強(qiáng)的吸附能力，進(jìn)而對用陶粒處理含銅廢水進(jìn)行了試驗(yàn)研究。本方法操作簡便、易于固液分離，因此具有一定的實(shí)用性。2實(shí)驗(yàn)部分721型分光光度計(jì) 上海光譜儀器有限公司水浴恒溫振蕩器 江蘇省金壇市融化儀器制造有限公司PL203分析天平 梅特勒托利多儀器上海有限公司馬弗爐 上海精宏實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司DZF6090真空干燥箱 上海精宏實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司JJ4六聯(lián)電動攪拌器 金壇市恒豐儀器廠pHS313型精密pH計(jì) 上海錫磁新徑器有限公司電子恒溫電熱套 北京科委永鑫實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備廠 五水硫酸銅 國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司二乙基二硫代氨基甲酸鈉 國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司氫氧化鈉 天津市博迪化工有限公司鹽酸 天津市博迪化工有限公司 濃氨水 天津市博迪化工有限公司四氯化碳 天