活性炭吸附重金属效果的影响因素

    主要从单个金属离子废水（溶液）的角度讨论对活性炭吸附的处理效果的影响因素，包括活性炭用量，pH值，初始浓度，吸附时间，温度，共存离子等。

    1活性炭用量

    活性炭的用量对吸附有一定的影响。对于相同的溶液，随着活性炭用量的增加，各种离子的吸附效率随之增加，吸附效果也随之增强，被吸附离子的相对浓度随之降低，但它的单位吸附量呈现减小的趋势。因为当原水中浓度一定时，吸附剂量增加，可供吸附的活性位随之增多，吸附剂上吸附的吸附质绝对量增加。而达到吸附平衡时，吸附质的平衡浓度降低，因而吸附去除率升高，但吸附容量却随着吸附剂量增加而降低，其原因是吸附剂量增加，平衡浓度降低，按照吸附平衡规律q=kCe，吸附容量也随之下降。

    2pH值

    pH值对活性炭与金属离子之间的亲合力有着非常重要的影响，通常情况下，在一定范围内(临界pH值以下)，随着溶液中pH值的增加，活性炭对金属离子的吸附量也在增加。当溶液的pH值升高后，活性炭表面官能团被质子化，从而表面电势密度降低，金属阳离子与活性炭表面的静电斥力减少，因此吸附量增加。同时，由于活性炭表面的官能团为弱酸性，当溶液pH值升高后，活性炭上负电势点增多，因而吸附量增多。但是，当pH值超过一定限值时，随着pH值继续增大，溶液中的OH-与金属离子的化学作用力增大，导致金属氢氧化物沉淀的生成，从而导致吸附量的相对下降。许多学者研究发现在酸性溶液中活性炭对重金属的吸附能力增加，但在碱性溶液中其吸附能力相对较低，酸性溶液比碱性溶液有利于活性炭对重金属的吸附去除。一般而言，不同的金属阳离子存在不同的最佳pH值或pH值范围。

    3溶液初始浓度

    根据EDL(双层静电)理论，当溶液的初始浓度增加，金属离子的去除率降低。活性炭的吸附位点是固定不变的，对金属离子的吸附量也是固定的，因此当金属离子的初始浓度增加后，去除率降低。研究发现，用活性炭处理含砷废水时，随着溶液中砷的初始浓度的增加，砷的去除率逐渐增加，但初始浓度增加到一定程度后，去除率反而随着浓度的增加有所下降。因此，可以断定，初始浓度对活性炭的处理效果必定有影响，但具体影响视不同的重金属离子而定。

    4吸附时间

    在活性炭的吸附过程中，振荡时间对吸附效果也有较大的影响。溶液中的吸附质占据活性中心是一个渐进的过程，即需要一定的时间来使吸附达到平衡，这一段时间即所谓的吸附平衡时间。只有达到了吸附平衡时间，活性炭才能最大限度的发挥效能。重金属离子在活性炭上的吸附容量均随吸附时间的增加而增加，但当吸附时间达到一定数值时则基本不变。开始时吸附容量上升很快是因为此时重金属离子在活性炭上的吸附主要发生在外表面上，随着吸附的进行，吸附质逐渐由大孔经过过渡孔深入到微孔中，重金属在内孔中传质速度逐渐减慢，吸附容量随时间缓慢增加，直至达到吸附平衡。

    5温度

    活性炭对重金属的吸附作用实际为吸附和脱附两个过程的竞争，一般吸附是放热过程，低温有利；而脱附是吸热过程，高温有利。张淑琴[14]等研究发现，低温时温度对吸附容量影响不大，而且对重金属的吸附可达到很好的效果，而当溶液温度较高（高于50℃）时，液相吸附热虽然较小，但是由于分子热运动的加剧，导致对吸附平衡的破坏，吸附容量有所减小，表现为物理吸附性能的特性。在实际生产生活中，一般废水的温度变化不大，因而温度对活性炭吸附含重金属离子废水的影响不大。

    6共存离子

    ⑴共存离子为重金属离子

    有学者[2]在对当pH值=3时，由核桃壳制成的活性炭对一系列单个重金属溶液等温吸附的研究中发现：Hg2+，Cr3+和Cu2+与活性炭吸附位点具有较高的亲和性。Ni2+，Cd2+，Ca2+，Sr2+，Zn2+，Co2+，Mn2+，Mg2+和K+与活性炭吸附位点的亲和性较弱。Na+不能被活性炭吸附。因此，根据金属离子与吸附位点的亲和性将金属分为3类：强亲和性：Hg2+，Cr3+和Cu2+；中等亲和性：Ni2+，Cd2+，Ca2+，Sr2+，Zn2+，Co2+，Mn2+，Mg2+和K+；弱亲和性：Na+。实验发现在活性炭同时吸附铬砷时，砷的去除率峰值要比单独吸附砷的去除率高，这说明Cr(Ⅵ)的存在诱发了活性炭对砷的吸附。

    ⑵共存离子为有机物活性炭对有机物的吸附去除主要是物理吸附过程，但对重金属离子却是比较复杂，除了物理吸附以外，还可能存在化学吸附。有机物和金属离子共存的两相溶液中，物理吸附过程和化学吸附过程同时发生，但物理吸附过程更为重要。因此，重金属离子的存在不会影响活性炭对有机物的吸附，但有机物的存在却能严重影响活性炭对重金属的吸附。

    7其他因素

    除了以上因素，活性炭种类、活性炭颗粒的大小以及溶液离子强度等都会影响活性炭对单个重金属离子溶液的吸附效果。另外，活性炭表面是否改性对活性炭的吸附效果也有很大的影响，研究发现经浓硝酸改性后的活性炭具备了很强的吸附金属离子的能力，其吸附容量也要大得多，改性后的活性炭与原活性炭相比，对Pb2+的饱和吸附量提高了一百多倍。