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摘 要：以煤质活性炭为吸附剂，采用控制变量法研究吸附剂用量、吸附时间、pH值和吸附温度等因素对硼离子吸附效果的影响。实验结果表明，硼离子浓度为50 mg/L的硼酸溶液，活性炭的最佳投加量为14 g/L。当吸附温度为35 ℃且溶液pH值等于6时活性炭吸附效果最佳。活性炭对硼离子的吸附效果在60 min左右达到平衡，硼离子去除率可高达90%以上，满足准二级吸附动力学模型，其吸附行为受固/液界面浓度梯度、活性炭表面吸附位点等因素的影响。本研究为煤质活性炭在实际工程中吸附去除污染物硼提供理论依据和技术支撑。
关键词：煤质活性炭;硼离子;吸附性能;机理研究
中图分类号：TU992.3 文献标识码：A 文章编号：1006-8023（2019）01-0100-07
Abstract： Using coal-based activated carbon as adsorbent， the influence of factors such as adsorbent dosage， adsorption time， pH value and adsorption temperature on the adsorption of boron ions was studied by controlled variable method. The experimental results showed that the optimum dosage of activated carbon was 14g/L for boric acid solution with boron ion concentration of 50mg/L. When the adsorption temperature was 35 °C and the pH of the solution was equal to 6， the adsorption effect of activated carbon was the best. The adsorption effect of activated carbon on boron ion reached equilibrium in about 60min， and the boron ion removal rate can be as high as 90%. It met the quasi-secondary adsorption kinetics model， and its adsorption behavior was affected by the factors such as solid/liquid interface concentration gradient and adsorption sites on the surface of activated carbon. This study provides theoretical basis and technical support for the adsorption and removal of pollutant boron by coal-based activated carbon in actual engineering.
Keywords： Coal activated carbon;boron ion;adsorption performance;mechanism research.
0 引言
硼元素是生物体生长中必须的微量元素，但是过量的硼元素在生物体内聚积会有害健康[1]。人体长期接触硼会导致神经系统、上呼吸道和消化系统的中毒，严重的甚至会导致死亡。过量的硼也会影响农作物的产量，严重时甚至颗粒无收。世界卫生组织对于水中硼浓度做出规定，饮用水中硼的质量浓度不得超过0.3 mg/L[2]，且国家要求灌溉用水中硼的质量浓度不得大于1 mg/L[3]。但在工业化生产过程排放的工业废水、废渣中经常检测出含有硼的存在，且硼的质量浓度远大于排放标准。因此降低水中硼浓度具有实际研究价值。
去除硼的方法有离子交换法[4]、反渗透法[5]、沉淀法[6]和吸附法[7]等。其中离子交换法、反渗透法、沉淀法具有处理工艺复杂、难度大、成本高的缺点，不适合大规模使用。吸附法利用硼的缺电子特性来吸附分离硼，操作简单，价格实惠，适合大规模推广。煤质活性炭具有比表面积大，吸附能力强，价格低廉的优点[8-9]，是一种工程中常用的吸附剂。本研究以煤质活性炭为吸附剂，采用控制变量法研究吸附剂用量、吸附时间、pH值和吸附温度等因素对硼离子吸附效果的影响，以期为煤质活性炭在实际工程中吸附去除污染物质硼提供理论依据和技术支撑。
1 材料与方法
1.1 实验材料与仪器
试剂：硼酸（分析纯）、姜黄素、二水合草酸、盐酸（36% ～ 38%）、乙醇（99%）。
材料：市场上购买的由大同云光活性炭責任有限公司生产销售的YG.J09型活性炭，该活性炭主要性能指标见表1。经过超声波清洗机清洗5min后烘干，并将烘干后的活性炭放入研钵中顺时针研磨至粉末状。
主要仪器：ZD-85恒温振荡器（常州国华）;数字显示恒温水浴锅（常州国华）;752N型紫外分光光度计（上海精科）;RM-220型超纯水机（赛飞（中国））;FA2004B型电子天平（上海平越）;Quanta200型环境扫描电子显微镜（荷兰FEI）;AXIS UltraDLD型X-射线光电子能谱仪（日本岛津）。
1.2 实验方法
1.2.1 水样的配制
在烧杯中加入0.287 4 g硼酸，用少量超纯水搅拌至溶解。待硼酸完全溶解于水中后将其转移至体积为1 L的聚乙烯容量瓶中，稀释至容量瓶划刻线，此时硼离子浓度为50 mg/L。采用滴加0.1 mol/L HCl、0.1 mol/L NaOH溶液来调节水样pH值。