ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Влияние размера пор активного угля на реакцию с НОС из "Химия промышленных сточных вод" С этой целью было исследовано действие различных процессов, используемых для удаления таких стойких органических веществ. Оказалось, что наиболее эффективным методом очистки загрязненных вод от органических веществ является адсорбция активным углем. [c.108] Идея использования адсорбции органических веществ углем для очистки вод не нова. Еще в 1883 г. в США применяли фильтры из древесного угля для устранения запаха и привкуса у питьевой воды [6]. В настоящее время активный уголь широко используют во всем мире при водоподготовке и очистке сточных вод, однако физические и химические факторы процесса адсорбции изучены еще мало. При проектировании установок с активным углем чаще всего основываются на таких параметрах, как скорость потока, напор, толщина слоя угля и время контакта. Эти параметры, безусловно, важны, но для повышения эффективности установок надо исследовать и учитывать также физические и химические процессы, происходящие при адсорбции. [c.108] Для наиболее эффективного использования адсорбционной способности активного угля должны приниматься во внимание характеристики адсорбата, адсорбента и раствора. [c.108] Главная цель настоящего исследования — оценить значение различных физических и химических параметров, влияющих на процесс адсорбции фенолов гранулированным активным углем. Здесь изложены результаты экспериментов по исследованию равновесной адсорбции. По данной тематике опубликованы также работы [7—12]. [c.108] Готовые химические реактивы высокого класса чистоты получали от снабжающих торговых фирм и использовали без дальнейшей очистки. Исходные растворы адсорбатов готовили с дистиллированной водой, которую предварительно пропустили через деионизатор и фильтр с активным углем. Исходные растворы периодически анализировали с помощью анализатора общего органического углерода Бекман-915 . Адсорбционные эксперименты начинали через 4 ч после приготовлеиия исходных растворов. В большинстве экспериментов в исходные растворы был введен 0,05 М раствор фосфатного буфера для уменьшения колебаний pH. [c.108] Значительное внимание было уделено чистоте опыта, т. е. устранению как можно большего количества примесей из адсорбента до проведения эксперимента. После просеивания угольного образца частицы фракции промывали несколько раз в дистиллированной воде. Затем их помещали в стеклянные лотки для высушивания и сушили в печи при 105—110°С в течение 24 ч и оставляли при комнатной температуре до использования. Концентрацию адсорбата в экспериментальных растворах определяли по поглощению УФ-лучей с помощью спектрофотометра ДК-2А Бекмана. [c.109] Для каждого адсорбата предварительно установили длину волны максимального поглощения, после чего были построены калибровочные кривые для растворов с различными значениями pH с кюветами толщиной 1,5—10 см. [c.109] Было проведено несколько экспериментов с использованием двух адсорбатов одновременно фенола и 4-метоксифенола. Для определения концентраций каждого фенола в смесях использовали методику, описанную Фриде-лом [12, 13]. [c.109] Для получения изотерм адсорбции фенолов гранулированным активным углем использовали реактор периодического действия, который был выбран из-за простоты и легкости оценки параметров, влияющих на процесс адсорбции. В практике очистки вод используют обычно гранулированный активный уголь в колоннах, т. е. в проточных условиях. Однако оценить параметры адсорбции гораздо проще при помощи реактора периодического действия. Основные зависимости, которые были выявлены таким способом, могут быть перенесены при должной осторожности на проточные системы. В качестве реакторов периодического действия служили колбы с круглым дном емкостью 300 мл и стеклянными пробками. Каждую колбу перед использованием тщательно мыли разбавленной соляной кислотой, промывали в дистиллированной воде и высушивали горячим воздухом при 110 °С. Для смешения раствора адсорбата с адсорбентом применяли 5 вибраторов Барелла поршневого действия. Исследовали одновременно 80 адсорбционных систем. Опыты проводили в темноте при колебании заданной температуры 2 С. [c.109] Чтобы описать адсорбционные свойства активного колумбийского угля L K, были определены равновесные изотермы адсорбции. К адсорбату, концентрация которого изменялась от колбы к колбе, добавляли одинаковое количество угля — 0,2 г, исключением были эксперименты с 2,4-динитрофенолом, когда было добавлено только 0,1 г активного угля. Разные концентрации адсорбата достигались разбавлением исходного раствора дистиллированной водой. При этом концентрация адсорбата изменялась в пределах всего диапазона, представляющего интерес для исследования. Порции по 200 мл каждого исследуемого раствора помещали в несколько эрленмейеровских колб объемом 250 мл. После достижения нужной температуры растворы переносили из эрленмейеровских колб в реакционные сосуды, которые закрывали пробками и встряхивали до тех пор, пока не достигалось равновесие. Предварительные эксперименты показали, что для этого достаточно пяти дней взаимодействия [7]. Некоторые реакционные сосуды непрерывно встряхивали в течение 12—14 дней. [c.109] Были сделаны попытки сопоставить данные эксперимента с адсорбционными изотермами Ленгмюра и Фрейндлиха, чтобы разработать методику оценки влияния различных систематических параметров на процесс адсорбции. Опытные данные для 7 различных адсорбатов не полностью соответствовали изотермам Фрейндлиха или Ленгмюра. Однако было замечено, что из серии опытов можно получить кривую, близкую к указанным изотермам. Например, экспериментальные данные для 4-нитрофенола отлично совпали с изотермой адсорбции Фрейндлиха при равновесной концентрации от 50 до 3500 мкмоль/л. Однако если равновесная концентрация 4-нитрофенола менялась в интервале от 1 до 200 мкмоль/л, изотерма не соответствовала полученным результатам. [c.110] Поскольку весь интервал данных не может быть полностью описан нв уравнением Фрейндлиха, ни уравнением Ленгмюра, пытались использовать то уравнение, которое более соответствовало оцениваемой части экспериментальных данных. Если последние не могли быть описаны ни той, ни другой изотермой, данные сравнивались без помощи уравнений. Использование уравнений Ленгмюра и Фрейндлиха для описания равновесия процесса адсорбций фенолов подробно обсуждено в [12]. [c.110] Были получены изотермы адсорбции семи различных фенолов в широком интервале равновесных концентраций, Се. Значения pH в этих экспериментах поддерживали такими, чтобы адсорбаты были в недиссоциированном состоянии. Типичные графики изотерм приведены на рис. 9.1 и 9.2. Все изотермы адсорбции сильно возрастали при низких равновесных концентрациях и практически не менялись при высоких концентрациях растворов. [c.110] Как видно, колумбийский уголь L K показал приблизительно одинаковые адсорбционные свойства для первых пяти соединений и значительно меньшую адсорбцию для фенола и 4-гидр-оксифенола. [c.111] Был вычерчен график адсорбированное количество веш,ества X как функция растворимости каждого адсорбата в 0,05 М растворе фосфатного буфера, и обнаружено, что количество адсорбированного вещества возрастает с уменьшением растворимости. [c.111] Как видно, размер частиц адсорбента не оказывает существенного воздействия на количество адсорбированных фенолов. [c.112] Чтобы удостовериться, что зти данные обоснованны для широкого интервала концентраций, были получены изотермы адсорбции 2,4-ДХФ для каждого из восьми размеров частиц адсорбента. Интервал равновесных концентраций адсорбата в этих экспериментах составил 0,01—2,0 ммоль/л. Сверх этого интервала экспериментальные данные были экстраполированы как прямая линия, исходя из уравнения Фрейндлиха, причем константы для этого были определены по методу наименьших квадратов. [c.113] Эти константы для каждой фракции частиц угля приведены в табл. 9.2. Как видно, константы й и 1/я являются приблизительно одинаковыми для каждого размера частиц. Средние значения равны соответственно 0,348 и 0,10. [c.113] Изотермы адсорбции фенола были определены для температур 8, 20, 29 °С. Результаты приведены на рис. 9.4. Они показывают, что адсорбция фенола— экзотермический процесс. Количество адсорбированного фенола уменьшается при повышении температуры. Температура оказывает сильное влияние на процесс адсорбции при низких равновесных концентрациях фенола (табл. 9.3). Как видно из данных таблицы, температура значительно влияет на адсорбцию при концентрациях фенола менее чем 200 мкмоль/л. [c.113] Экспериментальные данные для 2,4-ДХФ очень хорошо описывались адсорбционной изотермой Фрейндлиха. С помощью регрессионного анализа были определены константы уравнения, представленные в табл. 9.4. Значения k и 1/п примерно постоянны в интервале pH = 2—8,3. Однако отмечено увеличение 1/п и уменьшение k при изменении pH в интервале 8,3—11,7. [c.114] Вернуться к основной статье