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1、本科生课程实验（生物工程专业 2010 年级一班）实验名称单因素优化改性活性炭对水中铜离子的吸附性能单因素优化改性活性炭对水中铜离子的吸附性能姓名李晓萌李晓萌同组人姓名刘学伟 王晓婷 程瑶 李艳娟 李丹玉 马雪 于宝 张越唐二一三年五月II实验实验 1 单因素优化改性活性炭对水中铜离子的吸附性能单因素优化改性活性炭对水中铜离子的吸附性能实验背景及原理：实验背景及原理：近年来，饮用水安全是一个受到广泛关注的食品安全问题，一 系列的饮用水污染事件说明我国目前的饮用水还存在许多的安全隐患。伴随着工 业“三废”和汽车尾气的大量排放以及农药残留的普遍存在，重金属离子已成为 饮用水中常见的污染物，也是饮用
2、水质量衡定的重要指标。铜是一种有毒的重金 属，主要通过生产废水排放进入水环境，污染地表水和地下水体，过量的铜对人 体有着严重的危害，能引起新陈代谢紊乱、肝硬化及肝腹水等症，甚至会引发癌 症。目前，含铜废水治理的方法主要有化学降解、化学沉淀法、离子交换法、电 解法及活性炭吸附法等，其中吸附法被认为是最有效的处理方法。活性炭常常作 为吸附剂用在水处理中，活性炭是一种多孔性的含碳物质, 它具有高度发达的孔 隙构造, 活性炭的多孔结构为其提供了大量的表面积，能与气体（杂质）充分接 触，从而赋予了活性炭所特有的吸附性能，使其非常容易达到吸收收集杂质的目 的。就像磁力一样，所有的分子之间都具有相互引力。正
3、因为如此，活性炭孔壁 上的大量的分子可以产生强大的引力，从而达到将有害的杂质吸引到孔径中的目 的。但由于活性炭的生产成本较高，再生过程复杂，限制了活性炭的广泛使用。 因此如何提高其吸附容量和吸附效率、降低成本，对活性炭进行改性处理是目前 研究的热点。活性炭的改性主要包括表面结构改性和表面化学性质改性。表面结 构改性有物理法和化学法。表面化学性质改性主要有表面氧化法、表面还原法、 负载原子和化合物法和酸碱改性法，本实验采用的是酸化改性的活性炭。实验目的：实验目的：考察不同因素（本小组为活性炭的浓度）对改性活性炭吸附铜离子体 系的影响；测定不同浓度铜离子溶液在 794 nm 波长下的可见光吸光度，
4、采用 Excel 软件绘制铜离子浓度的标准曲线；采用 DPS 软件对于试验结果进行单因素 方差分析，判断不同因素对体系影响的显著性；采用 Origin 或 Excel 软件绘制每 个因素不同水平的趋势图（折线散点图） ，挑选出每个因素的 3 个最适水平，并 用于下一步的正交试验设计。实验药品及器材：实验药品及器材：硫酸铜母液（10 g/L, 10 g 五水硫酸铜粉末溶于 1000 mL 蒸馏 水中） ，改性活性炭（已制备） ，0.1 mol/L HCl 溶液（约 1 mL HCl 加入蒸馏水稀 释至 100 mL） ，0.1 mol/L NaOH 溶液（0.4 g NaOH 粉末溶于 100
5、mL 蒸馏水中） ， 可见分光光度计，水浴锅，温度计、恒温干燥箱等。实验方法：实验方法： 分别考察改性活性炭浓度（A 因素） 、吸附温度（B 因素）和吸附时间（C 因素）三种因素对整个实验体系的影响，以吸附量作为衡量指标： Ce(0-e)V/m 式中：Ce为平衡吸附量（mg/g） ；0和 e分别为原溶液和吸附后溶液铜离子浓度 （mg/L） ；V 为溶液体积（L） ；m 为改性活性炭的质量。 1 标准曲线的绘制标准曲线的绘制 配置浓度为 10g/L 的硫酸铜母液，以此为母液分别配置 10 g/L、5 g/L、2.5 g/L、1.25 g/L 和 0.625 g/L 的铜离子标准液 100 mL。
6、静置 20 min，分别吸取 3 mL 不同浓度标准溶液加入到比色皿中，利用分光光度计在 794 nm 下测试不同III浓度铜离子标准液的吸光度值，以蒸馏水为对照。每个样品测定三次，取平均值 绘制标准曲线（浓度为横坐标，吸光度值为纵坐标） 。 2 改性活性碳的浓度对吸附量的影响改性活性碳的浓度对吸附量的影响 将一定量的活性炭（0.05g、0.1g、0.15g、0.2g 和 0.3g）加入到 5 mL (5 g/L) CuSO4 中，再将反应体系放置于 50水浴锅中，水浴 30 分钟后，常温竖直静置 10 分钟后，取上清液 3 mL 加入到比色皿中测定铜离子的吸光度。每个样品重复 测三次，记录数
7、据。数据处理与结果：数据处理与结果： 1 铜离子的标准曲线铜离子的标准曲线 不同浓度的铜离子标准溶液的吸光度值图表不同浓度的铜离子标准溶液的吸光度值图表 标准液浓 度10g/L5g/L2.5g/L1.25g/L0.625g/L第一次记 录0.0350.0590.1260.2470.482第二次记 录0.0360.0600.1270.2470.482第三次记 录0.0370.0600.1270.2470.482平均值0.0360.5970.1270.2470.482标标准准曲曲线线 y = 0.9962x + 0.0015 R2 = 100.20.40.600.10.20.30.40.50.6
8、浓浓度度（g g/ /L L）吸吸光光度度A A2 改性活性碳的浓度对吸附量的影响改性活性碳的浓度对吸附量的影响不同浓度的活性炭的吸光度值图标不同浓度的活性炭的吸光度值图标活性炭质量 (g)0.050.10.150.20.3第一次记录0.310.2780.2780.3530.272 第二次记录0.310.2780.2770.3530.272 第三次记录0.310.2780.2760.3530.272 平均值0.310.2780.2770.3530.272IV活活性性炭炭浓浓度度水水平平因因素素趋趋势势图图0.20.250.30.350.400.050.10.150.20.250.30.35质质
9、量量（g g）吸吸光光度度（A A）处理结果：处理结果：）改性活性炭的浓度（）改性活性炭的浓度（A 因素）对铜离子吸附性能的影响因素）对铜离子吸附性能的影响根据根据 p 值可知改性活性炭的浓度（值可知改性活性炭的浓度（A 因素）对铜离子吸附性能有不显著性影响因素）对铜离子吸附性能有不显著性影响 实验讨论与分析实验讨论与分析 本实验为单因素优化改性活性炭对水中铜离子的吸附性能，分析了不同因素 对改性活性炭吸附铜离子体系的影响，本小组是对不同浓度活性炭（质量不同） A 因素进行了研究。采用了不同质量的活性炭进行实验测其吸光度。通过实验的 测定和铜离子标准曲线，可知 A 因素对水中铜离子的吸附性能有不显著性影响。 此实验是基本成功的。V本小组的其他成员分别做了吸附温度（B 因素） 、吸附时间（C 因素）对整 个实验体系的影响，可以知道吸附温度和吸附时间对铜离子的吸附性能都没有显 著性影响，可以更好地优化活性炭对铜离子的吸附性。 此实验也存在一定的误差，实验中由于只有一台分光光度计在测量时，时间 因素影响可能出现误差，由于做实验时人比较多，在静置时可能出现误差影响结 果。通过这次实验让我学会分析单因素对某个方法体系的显著性影响，和它的实 际应用，对以后的学习有更大帮助。
