木质活性炭对Hg(Ⅱ)的吸附性能研究化学与材料科学系化学学号：09130233姓名：肖霞指导教师：易正戟摘要: 本文以木质活性炭作为无机吸附剂对含汞废水进行了室内序批式处理，并且探究了初始溶液pH值、温度、吸附时间、木质活性炭投加量等对各种环境因子对木质活性炭吸附性能的影响。
实验结果证明，在实验pH值介于2.0~7.0的范围内活性炭对Hg(II)的吸附效果有明显的影响，对Hg(II)的吸附在实验吸附时间在0~120 min范围内都可以达到吸附平衡，而在温度介于298~333 K之间对木质活性炭对Hg(II)的平衡吸附容量基本上没有影响，所以此吸附为非温度依赖性吸附。
对于木质活性炭，汞吸附率随着活性炭的投加量的上升而显著增加，但平衡吸附容量变化比较平缓；当活性炭投加量达到某一固定数值后，若继续加入木质活性炭，Hg(II)吸附率无显著变化，且平衡吸附容量呈现出逐渐下降的趋势。
当木质活性炭的投加量为1.1 g，温度为298 K，吸附时间为90 min，溶液初始pH为6.0时，木质活性炭对Hg(II)吸附容量达到90.1 mg/g，更符合Langmuir等温吸附模型。
关键词: 木质活性炭；吸附；Hg(II)；pH目录1绪论 (3)1.1汞的污染及污染状况 (3)1.1.1汞的性质 (3)1.1.2汞的来源 (4)1.1.3汞污染和危害 (4)1.2含汞废水的几种处理方法 (5)1.2.1金属还原法 (5)1.2.2化学混凝沉淀法 (6)1.2.3生物吸附法 (6)1.3含汞废水的活性炭吸附法研究进展 (7)1.4木质活性炭的简介与应用 (8)1.5研究内容与创新之处 (10)2实验部分 (10)2.1试剂与仪器 (10)2.1.1试剂 (10)2.1.2仪器 (11)2.2木质活性炭和Hg(II)标准溶液的配制 (11)2.2.1木质活性炭 (11)2.2.2 Hg(II)标准溶液的配制 (12)2.3 Hg(II)吸附实验 (12)2.4等温吸附模型 (12)3结果与讨论 (12)3.1溶液初始pH对吸附Hg(II)的影响 (14)3.2温度对吸附Hg(II)的影响 (15)3.3吸附时间对Hg(II)吸附的影响 (16)3.4溶液初始Hg(II)浓度对木质活性炭吸附Hg(II)效果的影响 (17)3.5木质活性炭投加量对Hg(II)吸附的影响 (18)3.6木质活性炭对Hg(II)的平衡吸附探究 (19)4结论 (22)致谢 (23)参考文献 (24)ABSTRACT (23)1绪论随着工业化和城市化进程的加快，重金属污染已经成为全球性环境问题，人类可利用的淡水资源越来越缺乏，因此对污水的处理和回收利用的要求越来越高，尤其是重金属污染的废水。
重金属是指比重大于或等于5.0的金属，如铁、锰、铜、锌、镉、汞、镍、钴等[1]。
含重金属离子的工业废水主要来源于机械加工、矿山开采业、钢铁及有色金属的冶炼和部分化工企业。
矿山工业产生的废水主要是采矿和选矿废水，其中含有各种矿物质悬浮物质和相关金的属离子。
有色冶金和加工业排出的废水中，多含有汞、砷等元素。
此外，一些轻工业和化学工业排出的废水也含有汞、镉、砷等重金属[2]。
1.1汞的污染及污染状况各种重金属污染物通过不同的渠道进入水体中，金属汞随着食物链进入机体，可使机体产生多种生理变化，最主要的是影响儿童的生长发育，给人类的生产、生活带来了极大的危害。
1969年全世界共生产汞约为9440吨，当年，人类通过各种活动最终排入海洋的汞量估计为5000吨，是总产量的一半[3]。
随后汞的排放量迅速增加，其中，以煤为燃烧的火力发电和垃圾燃烧每年会向大气中排放的汞达1500吨；排入水体的总汞量约1.6万吨，排入土壤的总汞量约为10万吨，总计超过20万吨[4]。
联合国环境规划署在2002年发表的―全球汞状况评估‖报告称，产汞、用汞、排汞受到控制，《经济合作与发展组织》(OECO)估计，全球汞的产量已从1970年的10000吨，降至1991年的4000吨以下，而汞的大气排放量也降至每年2000~3000吨，其中，美国在2000年的排汞量已削减到1975年水平的一半。
全球各洲中，亚洲汞排放量最大，每年860吨，其次为非洲，欧洲和北美洲。
自工业革命以来，人类活动造成汞在全球大气、水和土壤中含量增加了三倍左右，在工业区附近汞的含量更高。
含汞废水对人的神经系统、血液循环系统、生殖系统等等都已经构成了严重的威胁，导致一些人们不能正常的进行生活和生产活动，极大的影响了其正常的生活和健康。
1.1.1汞的性质汞（mercury，元素符号是Hg），银白色，俗称水银，是唯一的一种在常温下呈液态的金属。
其相对原子质量是200.6，元素序号为80，熔点为-38.87 ℃，沸点为356.6 ℃。
在常温下具有相当大的蒸气压（25 ℃时为0.25 Pa），且随温度升高其蒸气压也会增加，汞蒸气是空气密度的7倍。
汞基本上不溶于水（20 ℃时溶解度约为20 μg/L），但是能溶于硝酸、硫酸和王水等等，一般不与碱性溶液发生反应[5]。
汞在自然界中是以金属汞单质、无机化合物和有机汞多种形态存在，主要存在形态为硫化物（HgS）。
环境中汞存在主要有三种形态，即Hg0、Hg22+、Hg2+，其中Hg0具有挥发性，在环境中相对稳定；离子态汞中，Hg2+作为一种软酸与无机配位体如Cl-、S2-、CN-、OH-等结合形成稳定的络合物，也能与有机化合物如烷基化合物、腐殖酸等生成一系列稳定的化合物，而汞大多数是以二聚体（Hg22+）的形式存在。
汞是一种可以在生物体内不断积累的有毒元素，通过食物积累和食物链的传递大大提高汞的危害性。
通常情况下，有机汞的毒性要比无机汞的毒性要强，其中甲基汞（MeHg）、二甲基汞（DMHg）是环境中最具毒性的汞形态，其含量在水生食物链中易被生物浓缩放大，其倍数可达105 [6]，假如是在1.0 ng/L含量的甲基汞水溶液中，蛤鱼对水中甲基汞的直接富集倍数可达到71000倍，而通过食物链浓缩可以达到到149000倍。
1.1.2汞的来源汞的污染主要来源有：生产汞的厂矿、有色金属冶炼厂以及使用汞的生产部门，其中，化工生产排放的汞的是污染环境中汞的主要来源，其中又以氯碱工业和汞化合物的合成与使用造成的汞污染最为严重。
1.1.3汞污染及其危害我国主要汞产地主要集中在贵州、湖南、广东、陕西等地区，其中，贵州产汞量占全国总产量的80%。
90年代以后，我国汞资源逐步枯竭，汞的年产量已从1996年的508吨锐减至1999年的195吨，因此，目前我国所有汞资源绝大部分是来自进口。
据统计，我国年用汞含量约为1000吨左右，主要的8个用汞大省1999年用汞量为500吨；产汞和用汞都会有大量的汞排放。
到1995年，全国乡镇工业排放的重金属（铅、汞、砷、铜）量约为1321.4吨，占42.4%；砷的排放量约为1875.3吨，占63.3%。
有机汞化合物的毒性更强，其中又以甲基汞的毒性最强，危害最为广泛。
1953年在日本九州熊本县水俣镇，由于大量含汞废水排放导致的水俣病事件[7]，是震惊当时世界的八大公害事件之一，其原因就是由于工业排放的汞进入了水误湾，通过食物链而进入人体内造成汞中毒事件。
环境汞污染是由排汞造成的，《中国环境状况公报》1997年的公告中指出，珠江干流、辽河水系的部分湖库总汞超过标准，流域部分的土壤汞浓度已经超过本地标准的3倍。
2002年4月，白龙江的姚渡监测断面汞的总含量超标；2002年10月，嘉陵江的阆中金银台监测断面检测到超标物质为汞。
排入大气中的汞通过干湿沉降的方式进入土壤环境中，进入水体中的汞也进入到土壤环境中，由于土壤中的粘土矿物和有机物具有吸附作用，使绝大部分汞快速地被土壤吸附和固定住，富集在土壤的表层，从而造成汞含量的增加。
根据相关数据显示，汞排放标准：1971年世界卫生组织颁发标准中规定汞的较高限度是0.001 mg/L，在二次规定中没有改变此标准，但是GB3838-2002中Ⅲ类水质指标：0.0001 mg/L，由此可见汞是受到极为严格控制的一类环境污染物，饮用水中含量超标会严重危害到生命体的健康[8]。
尽管我国规定农田灌溉水质的标准为：Hg≤0.001 mg/L，必须严格控制水中的Hg进入土壤环境中的含量。
据相关的资料表明，由于每年产生和排放含Hg 的废水高达1.9×108 kg，天津常年灌区和北京东郊灌区中被Hg污染的耕地面积多达3.2×108 ha[9]。
1.2含汞废水的几种处理方法目前处理含Hg废水的方法有：金属还原法，化学混凝沉淀法，生物吸附法。
1.2.1金属还原法含汞废水的溶液通过金属滤床，使Hg(II)还原成金属汞单质，或者沉淀于金属的表面，或是以沉淀形式析出。
这是一种简单而有效的方法，已经广泛投入于含汞废水的一级处理。
①铁粉还原法：在酸性介质中，无机Hg(II)与铁粉发生氧化-还原反应而释放出汞单质，经过滤除去。
步骤一：适用于处理酸度pH介于3~5、含汞量介于450~600 mg/L的废水，其去除率在90%以上，含汞量可降低至0.5~5.0 mg/L，所用的铁粉质量相当于废水总重量的2%。
步骤二：可将废水中的含汞量降低至0.05 mg/L；大约40 kg铁粉，可除去1 kg汞。
②锌粉还原法：适用于处理pH值较高的含汞废水，其效果十分显著。
用粒径为2 mm锌粒填充10 cm厚的还原滤床，让含汞废水通过滤床过滤13 s，便可使废水的含汞量低至0.2 mg/L，然而经过110 s后可净化到含汞约为0.005 mg/L。
③铝粉接触法：十分适用于处理含汞单一的废水。
当铝粉与Hg(II)接触时，汞立刻离析；而铝则生成铝汞齐，附着在铝粉的表面，再将此铝粉进行加热和分解，即可得汞单质。
铝粉投加量越多，汞去除率越高，添加铝粉为4%，汞的去除率为99.6%；添加铝粉为8%，汞的去除率为99.8%。
填料过滤法比投加铝粉法效果更佳明显，能使废水中的含汞量达到排放标准[10]。
1.2.2化学混凝沉淀法向含汞废水中投入硫化钠固体，由于Hg(II)与S2-具有强烈的亲和力，能生成溶解度很小的硫化汞，从而可以使用过滤的方法将Hg(II)从溶液中除去。
硫化钠适合用于处理含汞量较高的废水，汞的去除率为90~95%，但与国家排放标准比较存在较大的差距。
处理后，外排水的汞的总含量达到1 mg/L。
有的工厂使用硫氢化钠、明矾进行二步处理汞含量为25 mg/L的废水，由于产生共沉淀，因此投入明矾可以明显提高沉降的效率，处理后的外排水的含汞量可降低至0.006~0.05 mg/L[11]。
1.2.3生物吸附法凡具有从溶液中分离金属能力的生物体或其衍生物都称为生物吸附剂。