环境化学综合设计性实验方案
班级：09环科（1）班
同组人：郭涛、朱锦斌、罗昌灵
1 前言
1.1 活性炭吸附原理
活性炭具有极为发达的内部孔隙结构和较高的比表面积,具有很强的吸附脱性能,可吸附水中的多种有机物和金属离子,是一种常用的吸附剂。
1.2 活性炭吸附甲基橙染料研究概况
目前，染料的应用非常广泛，已涉及到国民经济的各个领域，应用量也非常巨大，由此所造成的污染也非常严重。染料废水成分复杂，水质变化大，度深，浓度高，处理困难。染料
废水的处理方法很多，主要有氧化、吸附、膜分离、絮凝、生物降解等方法。这些方法各有优缺点，其中吸附法是利用吸附剂对废水中污染物的吸附作用，以去除污染物。吸附剂大多为多孔性物质，具有较大的比表面积。活性炭是目前最有效的吸附剂之一，它能有效地去除废水的度。活性炭处理染料废水在国内外都有研究。
染料废水是目前难降解的工业废水之一,其毒性大,泽深,严重危害了生态环境。甲基橙这种较难降解的有机化合物,在酸性和碱性条件下的偶氮和醌式结构是染料化合物的主体结构,选择其作为染料模型化合物,具有一定的代表性。
2 实验目的
2.1 探讨甲基橙溶液初始浓度、吸附剂用量、pH对活性炭吸附甲基橙染料的影响。
2.2 了解活性炭吸附染料的原理。
2.3 掌握紫外分光光度计（UV）获取染料最大吸收波长的实验方法。
2.4 了解甲基橙的性质及影响因素。
3 实验原理
3.1活性炭吸附甲基橙染料具体原理
活性炭是一种经济且来源广的吸附催化剂，具有特定的表面化学性质、复杂的孔隙结构和大的比表面积，因而具有较好的吸附性能。活性炭的主要元素是碳，其次是氧和氢。氧和氢的存在对活性炭的吸附性能及其他特性有较大影响，这些元素多以化学键与碳原子相结合，在活性炭表面上形成多种含氧官能团：酸性官能团、中性官能团和碱性官能团，这也是活性炭主要的活性基团。这些活性基团对甲基橙的吸附取到很好的作用。
3.2 染料测定
标准曲线的绘制：用UV-1200 型紫外可见分光光度计，在可见光的波长（如470～550nm）范围内每隔10nm扫描一次波长，选取最大吸收波长作为工作波长λ。在选定的工作波长λ下，测定不同环境因素下的甲基橙溶液的吸光度，作出一条线性直线。
3.3 吸附率的计算公式
Vs=[（A1-A2）/A1 ]*100%
其中，Vs为吸附率，A1为加入活性炭之前溶液的吸光度，A2为加入活性炭之
后溶液的吸光度。
4 仪器和试剂
4.1 实验仪器：电子天平、振动器、UV-1200 型紫外可见分光光度计、离心机、矿泉水瓶5个、50ml锥形瓶8个、烧杯4个、pH剂、具塞离心管8根、试管架1台、胶头滴管5支、移液管4根、擦镜纸10张、标签纸1卷、塑料杯10个、20ml移液管3支、玻璃棒2根、洗瓶1个、废液缸1个、滤纸15张、铁药勺2根、比皿20个、移液管架1个、试管刷
4.2 实验试剂：活性炭、甲基橙溶液、调pH-盐酸、调pH-碱
5 实验步骤
5.1 甲基橙溶液吸光度标准曲线的绘制
分别配置50ml甲基橙溶液浓度分别为0mg/L，10mg/L,20 mg/L,40mg/L,60mg/L,80mg/L，调节pH为4.4，在波长为454nm下用分光光度计分别测各浓度的吸光度，并记录，求出标
准曲线。
5.2 胎圈用钢丝吸附剂用量对吸收的影响：
5.2.1 分别称取取活性炭0.0000，0. 5000, 1.0000， 2.0000， 4.0000, 8.0000，9.0000g投加入装有浓度为10 mg/L的15mL甲基橙溶液的50ml锥形瓶中,置于振动器振动30min。
5.2.2 震荡后，静置30min，过滤，取上清液，调节pH为4.4，在波长为454nm下用分光光度计分别测定吸光度。
5.2.3 到最佳吸附剂用量后，确定范围，以间隔0.5g重复上述步骤确定最佳吸附剂用量。
5.2.4 用标准曲线法求得最佳吸附剂用量，并记录。
5.3 甲基橙溶液初始浓度对吸收的影响：
5.3.1 分别称取5.000g的活性炭于6个50mL的磨口锥形瓶中,然后在每个瓶中加入15ml浓度为0mg/L，10mg/L,20 mg/L,40mg/L,60mg/L,80mg/L甲基橙溶液, 置于振动器振动30min。
5.3.2 震荡后，静置30min，过滤，取上清液，调节pH为4.4，在波长为454nm下用分光光度计分别测定吸光度。
5.3.3 用标准曲线法求得最佳甲基橙溶液初始浓度，并记录。
5.4 pH对吸收的影响：
煤层注水器
5.4.1 在7个50ml锥形瓶中分别加入15mL浓度为10 mg/L的甲基橙溶液于50ml锥形瓶中,分别调节pH为 3.5、4.5、5.5、6.5、7.5、8.5，9.5然后加入5.0000g活性炭，于振动器中振动30min。
5.4.2 震荡后，静置30min，过滤，取上清液，调节pH为4.4，在波长为454nm下用分光光度计分别测定吸光度。
5.4.3 用标准曲线法求得最佳pH值，并记录。
5.5 活性炭吸附率的测定：
5.5.1 在1个50ml锥形瓶中加入15mL浓度为20 mg/L的甲基橙溶液于50ml锥形瓶中,调节pH
为7.5，然后加入5.0000g活性炭，于振动器中振动30min。 5.5.2 震荡后，静置30min，过滤，取上清液，调节pH为4.4，在波长为454nm下用分光光度计分别测定吸光度。
5.4.3 求出最大活性炭吸附率，并记录。
6 实验数据及处理
表格1 甲基橙溶液吸光度标准曲线的绘制
甲基橙浓度mg/L | 0 | 10 | 20 | 40 | 60 | 80 |
吸光度 | 0 | 0.722 | 1.162 | 2.732 | 3.703 | 4.107 |
标准曲线 | y = 0.0538x + 0.1879（R2 = 0.9697） |
| | | | | | |
表格2 吸附剂用量对吸收的影响
锥形瓶编号 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 |
染料废水/ml | 15 | 15 | 15 | 15 | 15 | 15 | 15 |
活性炭/g | 0.0000 | 0.4973 | 0.9931 | 2.0058 | 4.0063 | 8.0042 | 9.0133 |
吸光度 | 0.565 | 0.401 | 0.288 | 0.164 | 0.046 | 0.024 | 0.026 |
活性炭/g | 4.5265 | 5.0948 | 5.5368 | 6.0104 | 6.5080 | 7.0959 | 7.4902 |
吸光度 | 0.035 | 0.023 | 0.025 | 0.024 | 0.023 | 0.025 | 0.026 |
最佳吸附剂用量/g | 5.0948 |
| | | | | | | |
表格3 甲基橙溶液初始浓度对吸收的影响
锥形瓶编号 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
染料废水/ml | 15 | 15 | 15 | 15 | 15 | 15 |
活性炭/g | 5.0000 | 5.0000 | 5.0000 | 5.0000 | 5.0000 | 5.0000 |
甲基橙初始浓度mg/L | 0 | 10 | 20 | 40 | 60 | 80 |
吸光度 | 0.00 | 0.050 | 0.080 | 13262cm0.274 | 0.627 | 1.224 |
最佳甲基橙初浓度mg/L | 20 |
| | | | | | |
装配式隔墙板
表格4 pH对吸收的影响
锥形瓶编号 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 |
染料废水/ml | 15 | 15 | 15 | 15 | 15 | 15 | 15 |
活性炭/g | 5.0 | 5.0 | 5.0 | 5.0 | 5.0 | 5.0 | 5.0 |
pH | 3.5 | 4.5 | 5.5 | 6.5 | 7.5 | 8.5 | 9.5 |
吸光度 | 0.128 | 0.158 | 0.149 | 0.131 | 0.126 | 0.133 | 0.145 |
最佳pH | 7.5 |
| | | | | | | |
表格5 活性炭吸附率的测定
锥形瓶编号 | 1 | 2 |
染料废水/ml | 15 | 15 |
活性炭/g | 0 | 5.0000 |
pH | 7.5 | 7.5 |
甲基橙初始浓度mg/L | 20 | 20 |
吸光度 | 1.162 | 0.187 |
活性炭吸附率/% | 83.9 |
| | |
7 研究展望
随着现代科技的发展，染料污染问题日趋严重，活性炭作为一种优良的吸附剂，今后其对染料的出去研究可以沿着以下方面进行：
（1）目前，对活性炭吸附染料的研究比较多，而活性炭对多种染料共存时的吸附研究则比较少见于文献中，而在实际的印染废水中往往是多种染料共同存在的，因此活性炭对多种
染料共存时的吸附研究有着重要的现实意义。
（2）由于活性炭的再生成本高，因此可以将微生物固定化于活性炭以上达到延长活性炭的饱和吸附时间的目的，同时也可以利用生物改性来吸附染料，目前已经有学者开始研究了这方面的研究。实验结果显示将微生物固定化于活性炭上后对染料有良好的去处效果。
8 参考文献
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【2】董永春，王秋芳，顿咪娜，朱红星血竭提取物. 不同结构偶氮染料在TiO2 纳米颗粒表面的吸附和光催化降解[J].过程工程学报.2007.7(4).
【3】尹洪喜, 张万忠, 高恩君. 纳米二氧化钛对隔离子的吸附研究[J].当代化工.2007.36(5).
【4】张红霞,崔林燕. 活性炭对含酚废水吸附研究[J]. SC IöT ECH IN FORMA T ION DEV ELOPM EN T & ECONOM Y.2000.10(6).
【5】方建章,李浩, 廖锦云. UV/TiO2悬浮体系光催化降解碱性品红及机理研究[J]. 工业水处
理.2004.24(8).
【6】赵晓兰,张鹏,徐瑞芬,胡伟康.纳米TiO2 对甲基橙的吸附及光催化降解[J]. 北京化工大学学报.2003.30(6).
【7】张华,陈晨,梁晓飞,王涵.活性炭/聚丙烯腈纤维对溶液中的甲基橙染料吸附动力学研究[J].2008.2(3).
【8】廖世焱,李建芬,刘建军,李莉达.超声条件下自制活性炭吸附甲基橙的性能研究[J].2010.29（3）.
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