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研究生:陳秀偉
研究生(外文):Shui-Wei Chen
論文名稱:As3+和As5+在活性碳和珊瑚石之吸附等溫線和吸附動力學
論文名稱(外文):Adsorption of As3+ and As5+ on Activated Carbon and Coral- Adsorption Isotherms and Adsorption Kinetics
指導教授:盧贊生盧贊生引用關係
指導教授(外文):Tsan-Sheng Lu
學位類別:碩士
校院名稱:長庚大學
系所名稱:化工與材料工程研究所
學門:工程學門
學類:化學工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2006
畢業學年度:94
語文別:中文
論文頁數:98
中文關鍵詞:吸附活性碳珊瑚石
外文關鍵詞:adsorptionactivated carboncoral
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中文摘要
本研究內容是用經2wt% 的FeCl3 浸漬不同粒徑(6/8 mesh和8/20 mesh) 的珊瑚石,和使用CuSO4 以及Ag2SO4 改質的活性碳(Cu/C,Ag/C) 為吸附劑,研究吸附As3+ 和As5+ 的吸附等溫線與吸附動力學,並以Wheeler equation 和吸附床線性驅動模式驗證經製備過的珊瑚石和活性碳填充於吸附床吸附As5+ 之貫流曲線,而Wheeler equation 和吸附床線性驅動模式亦用於驗證以陽離子交換樹脂床吸附水中銅離子的貫流曲線。
由恆溫吸附槽的實驗數據計算結果得知,珊瑚(6/8 mesh) 對As3+ 和As5+ 的飽和吸附量分別為0.0396 mmol/g 和0.0360 mmol/g;珊瑚(8/20 mesh) 對As3+ 和As5+ 的飽和吸附量則分別為0.0407 mmol/g 和0.0450 mmol/g。因此對兩種價數砷離子吸附之下,8/20 mesh 粒徑的珊瑚石的飽和吸附量大於6/8 mesh 粒徑的珊瑚石。Cu/C 吸附As3+ 和As5+ 的飽和吸附量分別為0.321 mmol/g 和0.29 mmol/g;Ag/C吸附As3+ 和As5+ 的飽和吸附量則分別為0.35 mmol/g 和0.30 mmol/g。因此可知,Ag/C 吸附兩種價數砷離子的飽和吸附量均大於Cu/C 對兩種價數砷離子的飽和吸附量。經比較6/8 mesh、8/20 mesh 的珊瑚石和Cu/C、Ag/C 等四種吸附劑吸附As3+ 和As5+ 的有效擴散係數,珊瑚(8/20 mesh) 吸附As3+ 與As5+ 的有效擴散係數為最低,分佈範圍在1.78×10-8~7.03×10-8 cm2/sec,而Cu/C 吸附As5+ 的有效擴散係數則為最高,分佈範圍在3.07×10-7~3.60×10-7 cm2/sec。Cu/C 和Ag/C 吸附As3+ 的吸附等溫線以Langmuir isotherm 描述較適合,而Cu/C 和Ag/C 吸附As5+ 的吸附等溫線則以Freundlich isotherm 描述較適合。
以Wheeler equation 和吸附床線性驅動模式計算在吸附床中,以Cu/C、Ag/C,和珊瑚石(6/8 mesh) 吸附As5+ 的實驗數據。由Wheeler equation 計算結果得知,Cu/C 對As5+ 的飽和吸附量We 為最高,其值為0.00716 g/g吸附劑;由吸附床線性驅動模式模擬結果,以珊瑚石(6/8 mesh) 吸附As5+ 的實驗和理論貫流曲線擬合度最好。
以Wheeler equation和吸附床線性驅動模式計算陽離子交換樹脂床吸附銅離子的實驗數據。由Wheeler equation 計算結果得知,陽離子交換樹脂對銅離子的平均飽和吸附量We 為0.0872 g/g吸附劑;由吸附床線性驅動模式模擬,可藉由調整平衡常數、飽和吸附量,以及有效擴散係數等三種主要參數,達到與實驗數據擬合的理論貫流曲線,其值分別為15000 l/mol,0.6 mol/l,以及4×10-7 cm2/sec。
Abstract
The thesis contents are research of the adsorption isotherms and kinetics of adsorption of As3+ and As5+ on corals of different particle size(6/8 mesh, 8/20 mesh), and on activated carbons modified by CuSO4 and Ag2SO4, denoted as Cu/C and Ag/C. In addition, the research content also includes examinations of break through curves of adsorption of As5+ on corals and activated carbons in packed bed, and that of copper ions on ion exchangers by Wheeler equation and linear driving force model.
Calculating the experimental data of adsorption of As3+ and As5+ in batch systems, the adsorption capacity of As3+ and As5+ on corals(6/8 mesh) are 0.0396 mmol/g and 0.0360 mmol/g, while that on corals(8/20 mesh) 0.0407 mmol/g and 0.0450 mmol/g, respectively. From the above result, the adsorption capacity of smaller particle size is larger than that of bigger one. The adsorption capacity of As3+ and As5+ on Cu/C are 0.321 mmol/g and 0.29 mmol/g, while that on Ag/C are 0.35 mmol/g and 0.30 mmol/g. From the above result, the adsorption capacity of Ag/C is larger than Cu/C. Comparing effective diffusion coefficient of As3+ and As5+ on corals(6/8 mesh, 8/20 mesh) and Cu/C, Ag/C, De of As3+ and As5+ on corals are the lowest, ranging from 1.78×10-8 to 7.03×10-8 cm2/sec, while that of As5+ on Cu/C the highest, ranging from 3.07×10-7 to 3.60×10-7 cm2/sec. In adsorption isotherm calculations, Langmuir isotherm is suitable for adsorption of As3+ on Cu/C and Ag/C, while Freundlich isotherm for that of As5+ on Cu/C and Ag/C.
In examination of adsorption of As5+ on Cu/C, Ag/C, and corals(6/8 mesh) in packed bed, we use Wheeler equation and linear driving force model. From the regression result by Wheeler equation, the adsorption capacity of As5+ on Cu/C is 0.00716 g/g , the highest. From the simulation by linear driving force model, adsorption of As5+ on corals(6/8 mesh) has the best matching result between experimental and theoretical data.
In examination of adsorption of Cu2+ on ion exchangers in packed bed, we use Wheeler equation and linear driving force model. From the regression results by Wheeler equation, the average adsorption capacity of Cu2+ on ion exchangers is 0.0872 g/g. From the simulation by linear driving force model, there are three important parameters to regulate. These are equilibrium constant, adsorption capacity, and effective diffusion coefficient. By doing so, the experimental and theoretical data would match well. The values of equilibrium constant, adsorption capacity, and effective diffusion coefficient are set to be 15000 l/mol, 0.6 mol/l, and 4×10-7 cm2/sec, respectively.
目錄
致謝………………………………………………………………………Ⅰ
中文摘要…………………………………………………………………Ⅱ
英文摘要…………………………………………………………………Ⅳ
目錄………………………………………………………………………Ⅵ
圖目錄……………………………………………………………………Ⅷ
表目錄……………………………………………………………………Ⅹ
第一章 前言……………………………………………...…………………...............1
1-1 砷的簡介.................................................................................................1
1-2 吸附砷離子的文獻…………………………………………………….3
1-3 研究目的……………………………………………………………….4
第二章 吸附原理 .5
2.1 吸附現象 .5
2.1-1 物理吸附 .6
2.1-2 化學吸附 .6
2.2 吸附程序的關鍵技術 .7
2.3 物理吸附與化學吸附之鑑定……………………………………………….8
2.3-1 熱效應……………………………..…………………………………8
2.3-2 吸附速率……………………………………………………………..8
2.3-3 溫度對吸附量的影響………………………………………………..8
2.3-4 吸附程度……………………………………………………………..9
2.3-5 可逆性………………………………………………………………..9
2.3-6 特定性………………………………………………………………10
2.4 吸附等溫線方程式………………………………………………………...11
2.4-1 富蘭得立其吸附等溫線……………………………………………13
2.4-2 蘭格米奧吸附等溫線………………………………………………14
2.4-3 BET 吸附等溫線…………………………………………………...14
第三章 吸附數學模式與研究方法 ..16
3.1 攪拌吸附槽 .16
3.1-1 恆濃度動力學模式 .16
3.1-2吸附質在吸附劑中之有效擴散係數計算 17
3.2恆溫吸附平衡曲線 19
3.2-1 富蘭得立其吸附等溫線……………………………………………19
3.2-2 蘭格米奧吸附等溫線………………………………………………19
3.3填充吸附床之吸附動力學 21
3.3-1單成分吸附貫穿曲線 21
3.3-2 Wheeler equation 貫穿模式 22
3.3-3填充吸附床之質量平衡動力學理論 23
3.3-4吸附床質量平衡模擬之資料輸入 .25
第四章 結果與討論 .28
4.1珊瑚、活性碳吸附砷離子之實驗數據與計算結果………………………28
4.2填充吸附床吸附砷離子之實驗數據與計算結果......................................71
4.2-1 Wheeler equation................................................................................71
4.2-2吸附床線性驅動模式………………………………………………75
4.3 陽離子交換樹脂去除水中銅離子模擬………………………………….80
4.3-1 Wheeler equation................................................................................80
4.3-2吸附床線性驅動模式………………………………………………87
第五章 結論 94
符號說明 96
參考文獻 97
參考文獻
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