【正文】 固定床可分為單床和多床系統(tǒng)。一般單床僅在處理規(guī)模較小時使用，多床又有并聯(lián)和串聯(lián)兩種，前者適用于大規(guī)模處理，出水要求較低；后者適用于出水要求較高的場合。本次實驗所用的固定床為玻璃制造的柱狀的玻璃套管。殼層為恒溫水浴，管層為填充床。上有加料口和溢流口，下邊出口有調(diào)節(jié)流量的調(diào)節(jié)閥，采向下流的方式。 突破曲線實驗內(nèi)容本實驗通過測定活性炭纖維固定床吸附水中氯苯酚的突破時間，來驗證等溫吸附線的吸附數(shù)據(jù)，同時研究外界因素對突破時間的影響?；钚蕴坷w維吸附處理系統(tǒng)的設(shè)計實際上是決定其吸附床的基本尺寸與操作方法的選定。通過本次實驗所測定得數(shù)據(jù)，可以為活性炭纖維固定床的設(shè)計提供一定的參考。 突破曲線實驗方法先測定要加入固定床的氯苯酚溶液的濃度，加入氯苯酚溶液后，每隔一段時間從固定床出口取樣，（若濃度變化不大可以間隔長一點時間）。用4—AAP分光光度法測定樣品吸光度。直至吸光度與初始吸光度相同為止。用標準曲線查出各樣品的濃度，分析濃度隨時間的變化關(guān)系，以時間為橫坐標，濃度為縱坐標，繪制出的曲線即為吸附突破曲線。（長條形，長約18厘米，寬約8厘米）放入大燒杯中，加入蒸餾水完全沒住活性炭纖維，放在電爐上加熱煮沸30分鐘左右，直至沒有氣泡產(chǎn)生。，用蒸餾水將床層沖洗幾遍，在床層中灌滿蒸餾水，在床層下端放一潔凈銅網(wǎng)，洗凈的小玻璃珠裝填至固定床小口的上沿。，卷成圓柱形，使其直徑稍大于床層的直徑?！?厘米玻璃珠；保持床層中的水高度不變，浸泡。，調(diào)節(jié)貝克曼溫度計至25℃在恒溫條件下用蒸餾水將床層浸泡２小時左右，若有氣泡產(chǎn)生須從新進行排氣泡的步驟。 . 8. 恒溫水域進水口9. 玻璃珠10. 玻璃珠 11. 溢流口 圖（4—10） 活性炭纖維固定床吸附突破曲線實驗流程圖 活性炭纖維固定床突破曲線的實驗步驟，在1000毫升容量瓶中定容。，加入一定量的蒸餾水，混合均勻，這時測該溶液俄吸光度，利用回歸曲線計算其濃度；打開恒溫水浴，調(diào)節(jié)到30℃，恒溫20分鐘，先用蒸餾水調(diào)節(jié)流量。，放入氯苯酚溶液并同時記錄時間。，用帶刻度的量筒接一定量樣品，用4—氨基安替比林分光光度法測樣品吸光度A，記錄數(shù)據(jù)，并用回歸曲線計算濃度。，重復(fù)這一步驟，幾小時后到樣品的濃度恒定并與測得的初始吸光度相差不大時為停。，濃度為縱坐標畫出突破曲線。 活性炭纖維固定床吸附突破曲線結(jié)論由實驗結(jié)果可知，在氯苯酚溶液濃度相同，恒溫，床層高度不變的情況下。在實驗開始階段，流出液濃度接近于零。隨后流出液濃度逐漸升高。當吸附劑達到飽和時，流出液濃度與原始濃度相同。實驗備注：，應(yīng)掌握好取樣的時間并準確記錄，否則，會造成很大的誤差。，應(yīng)將樣品靜置10分鐘左右以便使樣品穩(wěn)定，但時間不能過長，這是因為樣品有揮發(fā)性，放置時間過長會退色，影響實驗結(jié)果。，應(yīng)近可能保持固定床壓強和溫度不變。，這就要調(diào)整好入口流速與溢流的流速，并保正恒溫水浴正常工作。 活性炭纖維再生的研究 活性炭纖維再生的概述目前吸附劑的再生方法有加熱再生、藥劑再生、化學氧化再生、濕式氧化再生、生化再生等。加熱再生就是用外部加熱的方法，改變吸附平衡關(guān)系，達到脫附和分解的目的，在高溫下，吸附分子提高了震動能，因而易于從吸附劑活性點脫離，同時被吸附的有機物在高溫下氧化分解或以氣態(tài)分子逸出，或斷裂成短鍵，因而降低了吸附能力。藥劑再生就是在飽和吸附劑中加入適當?shù)娜軇?，可以改變體系的親水憎水平衡改變吸附劑與吸附質(zhì)之間的分子引力，改變介質(zhì)電常數(shù)，從而，使原來的吸附崩潰。吸附質(zhì)離開吸附劑進入溶劑中，達到再生和回收的目的。常用的有機溶劑包括苯、丙酮、甲醇、乙醇、異丙醇、鹵代烷烴等。無機酸堿也是很好的再生劑，本實驗中采用化學再生法中的堿洗再生法。該法可以使活性炭纖維的再生效率達到90%以上。 活性炭纖維再生原理氯苯酚水溶液呈弱酸性，以分子形式吸附于活性炭纖維上，如用堿液洗滌，氯苯酚會與堿溶液生成易溶的鹽，隨著水溶液流出固定床，而且這樣有利于溶劑的回收。本實驗用減息再生的方法，用氫氧化鈉作為再生劑。 活性炭纖維再生的實驗一、實驗材料及試劑吸附劑采用鞍山活性炭纖維廠生的ACFS，其直徑約為16μm，密度約為810kg/m3, ，N2 BET比表面積以及微孔容積通過ASAP2400測定為902m2/ g和0. 46 mL/g；而微孔(孔徑)的比表面積和微孔容積為862m2/g和0. 41 mL/g。 mmol/ mmol/g。對氯苯酚溶液通過蒸餾水與純對氯苯酚溶液按比例配置而成。不同濃度的NaOH堿溶液。二、實驗過程。 ℃下對吸附劑進行3—4小時的再生，先滴流1—2小時再用堿液浸泡23小時。—2小時，隨時用PH試紙才測流出液體的PH值，若PH小于7，則不用鹽酸沖洗，否則要用鹽酸溶液將流出液PH調(diào)至7以下。 ，實驗采用5%的氫氧化鈉溶液在30℃下再生吸附飽和的活性炭纖維，通過解吸的過程達到去除的目的。圖中比較了近乎相同的實驗情況下的幾次使用活性炭纖維填充床和兩生再生后除去氯苯酚的能力。 經(jīng)過兩次再生，吸附容量變化很小，活性炭纖維損失也較小，達到理想的再生效果，再生率達89%以上。 活性炭纖維固定床再生效率的計算本實驗中，對活性炭纖維固定床進行了兩次再生實驗，將活性炭纖維固定床的突破曲線與兩次再生曲線繪制圖，見圖（4—11）； 圖（4—11） 活性炭纖維突破及一二次再生曲線初次吸附量第一次再生后的吸附量=第二次再生后固定床的吸附量第一次再生后吸附的再生效率=第二次再生后吸附的再生效率= 實驗結(jié)論活性炭纖維較容易吸附對氯苯酚，而且速度快。對氯苯酚的平衡吸附量隨溫度的升高而降低，通過Langmuir議程可以計算出對氯苯酚與活性炭纖維的吸附等溫線。當吸附時間增加時，吸附速率呈遞減態(tài)勢，而且吸附時間存在較優(yōu)值。此外，突破曲線還受床層高度、液體流速的影響，在溶液濃度、溫度、流量均一定的情況下，較短的床層長度的高速的進料控制，都可盡快突破活性炭纖維的填充床。實驗中所用的NaOH溶液再生劑，是用以吸附對氯苯酚達到飽和的，吸附容量幾乎不變，再生效率可達89%以上。實驗備注：，并且要用堿液滴流足夠的時間，否則再生不充分，效果不好，影響再生。，要使酸稍微過量，pH值約5～6，再用蒸餾水沖洗使pH值約在6～7之間。為了能夠更好的應(yīng)用活性炭纖維的吸附性能，拓寬他的應(yīng)用領(lǐng)域，可以對活性炭纖維進行改性應(yīng)用，通常的改性方法可分為浸漬法和混入法。通過改變ACF的孔隙結(jié)構(gòu)和表面化學結(jié)構(gòu)來提高ACF的吸附性能和氧化性能。選用硝酸、硫酸銅等溶液對活性炭纖維進行改性實驗，研究改性前后的ACF對廢水中氯苯酚的吸附性能。一、儀器和試劑：活性炭纖維、氯苯酚、蒸餾水、2%的4氨基安替比林、8%鐵氰化鉀、緩沖液、硝酸、722可見分光光度計、搖床。二、實驗步驟：用硝酸對活性炭纖維進行浸漬化學改性處理，繪制改性以后活性炭纖維吸附苯酚吸附平衡等溫線，比較前后活性炭纖維與原活性炭纖維吸附平衡等溫線的區(qū)別。(1) 配置濃度為5mol/1硝酸1000mL，稱取5g左右活性炭纖維在其中浸泡12小時；(2) 用蒸餾水反復(fù)沖洗，洗凈殘余硝酸；(3) 將硝酸處理后的活性炭纖維放入燒杯，加1000mL蒸餾水，煮沸半小時，烘干；(4) 干燥至恒重；(5) ，加入200mL初始濃度為250、350mg/L的苯酚水樣，加蓋。(6) 置于1015℃恒溫搖床上振蕩，充分混勻24小時。(7) 曲線繪制三、結(jié)果與討論可以看出，同原活性炭纖維比較，經(jīng)硝酸改性后活性炭纖維吸附苯酚能力下降。分析:經(jīng)硝酸氧化的活性炭纖維表面的含氧基團增多，增強了對極性物質(zhì)的吸附能力，苯酚為非極性物質(zhì)，所以，吸附能力降低。另外，硝酸的強氧化性使活性炭纖維表面發(fā)生氧化還原反應(yīng)，含氧基團轉(zhuǎn)化為更加穩(wěn)定的基團，使活性炭纖維的活性降低。強酸的強氧化性和腐蝕性可能導致活性炭纖維表面炭層結(jié)構(gòu)的坍塌，使其表面的微空結(jié)構(gòu)遭到破壞，更加不利于活性炭纖維對高濃度苯酚水樣的吸附。 硫酸銅溶液作為改性材料一、材料與實驗步驟活性炭纖維、苯酚、蒸餾水、2%的4氨基安替比林、8%鐵氰化鉀、氯化按、氨水緩沖液、硫酸銅溶液、722可見分光光度計。搖床。二、實驗方法用不同濃度的硫酸銅溶液浸漬活性炭纖維，繪制改性后活性炭纖維的吸附平衡等溫線，與原活性炭纖維的吸附平衡等溫線作參照，比較不同濃度硫酸銅浸漬后活性炭纖維對苯酚吸附能力大小的變化規(guī)律。三、試驗步驟稱取四份5%原活性炭纖維分別浸入濃度為5mmol/l、10mmol/l、20mmol/l、30mmol/l的硫酸銅溶液中，浸漬24小時，用蒸餾水反復(fù)洗滌，洗凈殘余的硫酸銅，將上述改性后的活性炭纖維置于燒杯中，加入1000mL蒸餾水，煮沸半小時，放入105℃烘箱內(nèi)烘干，在干燥器中干燥至恒重。各稱取5mmol/l、10mmol/l、20mmol/l、30mmol/，加入200mL濃度分別為250、350mg/L苯酚水樣，蓋緊；將碘量瓶放入溫度為10一巧℃恒溫搖床上，振蕩24小時，充分混勻，取各個碘量瓶中上層清液lmL，測定吸光度，計算平衡濃度和平衡吸附量，繪制吸附平衡溫線。四、實驗結(jié)論隨著硫酸銅濃度的升高，改性后活性炭纖維吸附苯酚的能力隨之提高。苯酚水樣初始濃度為250mg/，5mmol/，l0mmol/, 20mmo1/1, 30mmol/1硫酸銅改性后的活性炭纖維的吸附平衡等溫線幾乎重合，, 。苯酚水樣初始濃度為350mg/L時，,5mmol/，l0mmol/1硫酸銅改性活性炭纖維最大吸附量為128mg/g，20mmol/1, 30mmo1/。苯酚水樣初始濃度為350mg/l時，5mmol/, l0mmol/,20mmo1/1. 30mmol/, 。實驗結(jié)果表明，經(jīng)硫酸銅改性后的活性炭纖維對苯酚的吸附量明顯提高，且經(jīng)20mmo1/1硫酸銅溶液浸漬獲得的活性炭纖維對初始濃度為250、350mg/L的水樣吸附苯酚的效果最好，與Langmiur與Freundlich吸附模型擬和結(jié)果較好，說明經(jīng)20mmo1/1硫酸銅改性后的活性炭纖維有明顯改變。隨著硫酸銅濃度的增加，改性后活性炭纖維的吸附平衡等溫線明顯表現(xiàn)出逐漸向微孔吸附過渡的特征，在低濃度時吸附量呈快速增大，隨著平衡濃度的增加，吸附量逐漸驅(qū)于飽和。結(jié)果表明，經(jīng)硫酸鐘改性后的活性炭纖維比原活性炭纖維對苯酚的吸附量明顯提高。改性后活性炭纖維比表面積變小，極微孔含量減少，孔徑分布變窄，改性后活性炭纖維的孔徑結(jié)構(gòu)比原活性炭纖維更符合對苯酚的吸附。第四章 結(jié)論通過以上實驗，得出以下結(jié)論：。通過做25℃、35℃兩個溫度下的活性炭纖維吸附氯苯酚實驗可知，兩個溫度下，活性炭纖維的吸附量都達到了210mg/L以上，這說明活性炭纖維可以很好的處理含酚廢水。實驗中，發(fā)現(xiàn)25℃時，活性炭纖維的吸附量要比35℃時大一些。而且，當溶液呈酸性或中性時的吸附量比呈堿性時要大的多。這主要是因為本實驗研究的吸附過程是一個放熱的吸附過程，并且因為氯苯酚的水溶液呈微酸性，在酸性條件下，氯苯酚溶液呈離子狀態(tài)存在，這樣較易吸附。通過25℃時活性炭纖維吸附氯苯酚的實驗可知，在實驗的開始階段吸附速率很快，隨著濃度的降低，吸附速率有所下降?；钚蕴坷w維達到平衡的時間很短。這在實際應(yīng)用中有重要的意義，可以節(jié)省運行時間。通過在活性炭纖維固定床突破曲線以及兩次再生實驗可知，在開始階段，流出液濃度都接近于零，并且實驗過程中，流出液濃度不會出現(xiàn)突躍，而是逐漸升高，直至同原溶液濃度相同。通過再生實驗可知，兩次再生實驗的再生效率分別為94%和89%左右。這說明活性炭纖維可以重復(fù)使用，不用經(jīng)常更換?；钚蕴坷w維再生操作簡單。由于無機酸堿均為很好的再生溶劑，本實驗用NaOH作為再生劑，通過實驗可知，用堿溶液將固定床吸附器中吸附質(zhì)滴定1—2小時后浸泡23小時，就可以基本去除吸附劑床層中的吸附質(zhì)，并且使其生成鹽隨流出液排除回收。以上結(jié)論均說明活性炭纖維的綜合性能優(yōu)越，性質(zhì)穩(wěn)定，平衡吸附量大，吸附速度快，再生效率高，沒有漏吸現(xiàn)象發(fā)生，是一種良好的吸附劑。能夠在各個領(lǐng)域特別是環(huán)境保護方面發(fā)揮重要作用。東北石油大學碩士研究生學位論文參考文獻[1] 曹雅秀，劉振宇，鄭經(jīng)堂．活性炭纖維及其吸附特性，1999，2:20~23．[2] 賀福，王茂章．碳纖維及其復(fù)合材料[M]．北京：科學出版社，1997．[3] 劉振宇，鄭經(jīng)堂．，1998，1．[4] [J]．新型碳材料，2000，15(2):80．[5] 張健，張永春，宋偉杰．活性炭纖維及其在氣體分離中的應(yīng)用展望[J] ．低溫與特氣，2001．[6] 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