摘要：采用静态法，用焦粉基碳吸附材料吸附水中铜(Ⅱ)离子。实验研究表明：铜离子溶液浓度80mg·L-1、吸附时间50min、pH为5.0~6.0，吸附过程符合Langmuir型吸附模型;不同温度下的△HΘ大于零、△GΘ小于零，证实该吸附过程是一个自发吸热过程;△SΘ大于零，表明铜离子在固液界面有序性减小、混乱度增大。对实验数据进行数学模型拟合，二级相关系数R2为0.9991，显示吸附过程动力学与二级动力学模型相关性较好。

　　关键词：焦粉基碳吸附材料;铜(Ⅱ)离子;吸附模型;吸附热力学;吸附动力学

　　Study on adsorption properties of copper (Ⅱ) hydronium by adsorbent materials produced from Coke Powder

　　Abstract：The static state methord used in this work was to synthesize the absorption property of cupric (Cu2+) in water by the coke powder which was a kind of activated charcoal produced through the discarded fine coke. The absorption conditions, model, thermodynamics and dynamics parameters were studied and the results showed that the absorption conditions were 50min, Cu2+ solution concentration 80mg·L-1 and pH 5.0~6.0, also, the absorption course accord with the Langmuir model. Then, the results of △HΘ>0, △GΘ<0 revealed that the adsorption was a spontaneous endothermic process; and the △SΘ>0 indicated that the order reduced and the chaos increased of Cu2+ in the solid-liquid interface. Finally, the experimental data were fitted through mathematical model and the secondary correlation coefficient (R2) is 0.9991, which showed that the relevance were better between the adsorption dynamic and the secondary adsorption dynamic model.

　　Key words: Coke Powder; cupric waste water; adsorption model; thermodynamic; adsorption dynamic.

　　含Cu2+废水是水环境中的主要污染物之一，主要来自电镀、采矿、化工等工业，具有潜在的危害。常用的处理方法有氧化法、中和沉淀法、电解法、膜处理技术、吸附离子交换法和生物吸附法[1]。目前，国内外不少科研人员用活性炭等吸附材料对含铜废水处理的研究报道不少，李琼等[2]采用壳聚糖对废水中的Cu2+的研究。李增新等[3]对天然沸石负载壳聚糖去除废水中铜离子进行研究，结果表明，在25℃、pH为6~8的条件下，沸石—壳聚糖对Cu2+的饱和吸附量为39.1mg/g。曲荣君等[4]对可溶性甲壳质的制备及其对铜离子的吸附进行研究，结果表明，可溶性甲壳质对Cu2+的最佳吸附条件为：40℃，pH=3~3.8，4h。

　　冶金、化工、电石等企业在焦炭利用过程中要产生大量的焦粉。它具有固定碳含量高、挥发分低、强度高、原料易得等特点。焦粉不仅造成大量能源、资源浪费;危害人们的身体健康。本文将初步研究焦粉基碳吸附材料对铜离子吸附的基本特性，以期为含铅废水的处理提供新的途径，也为焦粉的资源化利用得出有益的实验数据。

　　1 实验部分

　　1.1主要材料及仪器

　　焦粉(水分2.26%、灰分13.5%、挥发分4.55%、硫含量0.8%、固定碳78.89%、酒泉钢铁集团公司);THZ-92B气浴恒温振荡器(上海博迅实业有限公司医疗设备厂)，电子分析天平(梅特勒-托利多仪器(上海)有限公司)，pHS-3D酸度计，VIS-7230G(均为上海精密科学仪器有限公司)

　　1.2焦粉基碳吸附材料的制备

　　焦粉经粉碎、200目过筛，在焦粉中加入一定量浓HNO3预氧化处理;将预氧化焦粉与ZnCl2按一定比例混合均匀，加适量水搅拌成糊状，放入马弗炉，以2~10℃/min的加热速度升温至350℃左右恒温1小时，氮气保护下(氮气流速160cm3/min)继续升温至850℃，恒温活化1.5小时，然后冷却至室温，水洗、干燥得焦粉基碳吸附材料。其工艺及设备流程如图1：

　　图1活性碳制备工艺及设备流程图

　　1.3分析方法

　　本实验通过分光光度法，测定吸附前后的溶液浓度变化，按下式计算吸附量：

　　式中：q —吸附量，mg/g;V—溶液体积，L;W—吸附剂量，g;Ci —初始吸附质浓度，mg/L;C—吸附后剩余吸附质浓度，mg/L;

　　2结果讨论

　　2.1 Cu2+初始浓度对吸附性能的影响

　　在具塞锥形瓶中加入不同浓度的铜离子溶液，准确称取一定量的焦粉基碳吸附材料，室温恒温振荡一定时间，取滤液测其吸光度，计算吸附量。结果见图1。

　　由图1可知，在温度、吸附时间一定的情况下，随Cu2+溶液浓度的增加，焦粉基碳吸附材料对Cu2+的吸附量逐渐增大。当Cu2+的浓度为80mg/L时，焦粉基碳吸附材料对Cu2+的吸附量基本达到饱和，继续增大Cu2+溶液浓度，吸附剂对Cu2+的吸附量增加趋缓， Cu2+浓度的增大使得有更多的Cu2+与吸附剂的活性点发生作用[5]，显示焦粉基碳吸附材料对Cu2+的吸附量升高。

　　2.2 吸附时间对吸附量的影响

　　在具塞锥形瓶中加入一定体积的浓度为80mg/L的铜离子溶液，准确称取一定量的焦粉基碳吸附材料，室温振荡一定时间，取滤液测其吸光度，计算吸附量。结果如下图2。

　　图1 Cu2+浓度与吸附量的关系 图2 吸附时间与吸附量的关系

　　从图2可知，焦粉基碳吸附材料吸附铜离子与接触时间有关，随吸附时间的延长，吸附量呈上升趋势，但吸附时间超过50min时，吸附量增加随时间的增加变化很小。因此，焦粉基碳吸附材料对铜离子的最佳吸附时间为50min。

　　2.3 溶液pH值对吸附量的影响

　　在具塞锥形瓶中加入一定体积、不同pH的浓度为80mg/L的铜离子溶液，准确称取一定量的焦粉基碳吸附材料，室温振荡一定时间，取滤液测其吸光度，计算吸附量。结果如下图3。

　　从图3可以看出，溶液pH值对焦粉基碳吸附材料吸附铜离子有较强的影响作用。在pH小于5的酸性溶液中，焦粉基碳吸附材料对Cu2+的吸附量增加明显，pH值越小吸附量越低，这可能是由于此时溶液中H+的浓度过大，占据了焦粉基碳吸附材料的吸附活性点，形成与Cu2+竞争吸附[6]。当pH在5~6时，吸附量接近饱和，使得Cu2+的吸附量上升趋势变缓;pH大于6时吸附量增大原因可能与Cu2+水解形成氢氧化铜沉淀有关。

　　图3 溶液pH值与吸附量的关系

　　2.4吸附等温线的测定

　　将焦粉基碳吸附材料用量W(g)、初始溶液的体积V(L)、吸光度A、吸附量q，分别代入Langmuir等温方程和Freundlich方程进行线性拟合[8，9]，得到Langmuir，及Freundlich方程参数，相关实验结果见表1。

　　表1 Langmuir和Freundlich等温方程拟合结果

　　Table1 Regression equations for Langmuir and Freundlich isotherms 理论模型 等 温 式 参 数 Langmuir参数

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