硼元素是生物體生長中必須的微量元素，但是過量的硼元素在生物體內(nèi)聚積會(huì)有害健康。人體長期接觸硼會(huì)導(dǎo)致中毒，嚴(yán)重的甚至?xí)?dǎo)致死亡。過量的硼也會(huì)影響農(nóng)作物的產(chǎn)量，嚴(yán)重時(shí)甚至顆粒無收。煤質(zhì)活性炭具有比表面積大，吸附能力強(qiáng)，價(jià)格便宜的優(yōu)點(diǎn)，是一種常用的吸附劑。我們以煤質(zhì)活性炭為吸附劑，采用控制變量法觀察吸附劑用量、吸附時(shí)間、PH值和吸附溫度等因素對(duì)硼離子吸附效果的影響，來一起看一下煤質(zhì)活性炭在實(shí)際應(yīng)用中吸附硼的效果如何。

　　1.煤質(zhì)活性炭的表征分析

　　煤質(zhì)活性炭的電鏡表征結(jié)果。煤質(zhì)活性炭通過電鏡放大1200倍后發(fā)現(xiàn)活性炭表面成塊狀結(jié)構(gòu)，且塊狀結(jié)構(gòu)之間存在著大量微米級(jí)的孔結(jié)構(gòu)，由于大量的微米孔存在，使得煤質(zhì)活性炭具有較強(qiáng)的吸附能力。但煤質(zhì)活性炭表面還存在一些納米級(jí)孔，且孔徑隧道中存在著固態(tài)的無機(jī)鹽、液態(tài)的焦油等灰分。煤質(zhì)活性炭吸附效果一部分取決于活性炭表面孔徑的大小，孔徑太小即活性炭孔徑小于吸附質(zhì)分子時(shí)，因分子篩作用吸附質(zhì)分子不能夠進(jìn)入孔隙，這不利于活性炭吸附硼。而孔徑隧道中的灰分會(huì)減小活性炭比表面積，影響活性炭吸附性能。

　　此外還分析了煤質(zhì)活性炭的元素組成。其中Mg、Al元素的質(zhì)量分別占活性炭總質(zhì)量的0.39%和1.01%，而Mg、Al元素又以MgO、Al2O3的形式存在，這些金屬氧化物在硼酸溶液中可與硼酸共沉淀生成相應(yīng)的硼酸鹽，雖然其質(zhì)量在整個(gè)活性炭中占比不大，但也有助于煤質(zhì)活性炭吸附分離硼。

　　2 活性炭投加量對(duì)吸附效果的影響

　　分別取0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8g煤質(zhì)活性炭，吸附處理50mL硼離子濃度為50mg/L的硼酸溶液2 h，溫度設(shè)定為25℃，振蕩頻率為120次/min。當(dāng)煤質(zhì)活性炭的投加量為14g/L之后，硼去除率增加的幅度趨于緩慢，因此，選擇14g/L為煤質(zhì)活性炭除硼的較佳投料比。

　　吸附效果在一定程度上與吸附劑的吸附位點(diǎn)有關(guān)，吸附位點(diǎn)和吸附劑的投加量存在著正比關(guān)系。煤質(zhì)活性炭作為吸附劑之一，當(dāng)活性炭的投加量較小時(shí)，活性炭不能提供足夠的接觸面，溶液中的硼離子不能與吸附劑充分接觸，因而吸附效果不佳。當(dāng)吸附劑質(zhì)量增加時(shí)，吸附劑能夠提供更多的有效吸附位，去除效果可以得到顯著提升。

　　3溫度對(duì)吸附效果的影響

　　取事先配制好的硼酸溶液50mL，稱取0.7g煤質(zhì)活性炭投放至水溶液中，恒溫振蕩器的振蕩頻率為120次/min，振蕩1h，振蕩溫度分別為25、30、35、40 ℃。活性炭的吸附效果。隨著溫度的升高，煤質(zhì)活性炭的吸附率先增加后減小，峰值出現(xiàn)在35℃。

　　吸附溫度在25-35 ℃之間時(shí)，溫度的提升有助于煤質(zhì)活性炭對(duì)硼的吸附，特別是在35℃時(shí)尤為明顯?；钚蕴康目椎啦糠志哂泻軓?qiáng)的活性，特別容易發(fā)生吸附或反應(yīng)，但硼到達(dá)這些孔道存在一定的阻力，而溫度的升高有助于克服這些阻力，因此在一定范圍內(nèi)隨著溫度升高煤質(zhì)活性炭吸附硼的能力會(huì)越強(qiáng)。但吸附溫度在40 ℃時(shí)，活性炭對(duì)硼去除率大幅度下降，這與硼酸在水溶液中的飽和溶解度有關(guān)，相較于離解態(tài)吸附質(zhì)，活性炭更有利于吸附非離解態(tài)吸附質(zhì)，而水溫在40℃時(shí)，溶液中的離解態(tài)吸附質(zhì)的濃度有一個(gè)向上的突躍，因此在水溫為40℃時(shí)，煤質(zhì)活性炭吸附分離硼的效果不佳。

　　4 吸附時(shí)間對(duì)吸附效果的影響

　　在吸附溫度35℃的環(huán)境下，用活性炭吸附處理50mL硼離子濃度為50mg/L的硼酸溶液，稱取質(zhì)量為0.7g的煤質(zhì)活性炭投放至水溶液中，依次振蕩5、10、20、40、60、140、200min。恒溫振蕩器的振蕩頻率為120次/min。吸附時(shí)間大約在60min左右時(shí)，硼去除率達(dá)到92.20%，在200min時(shí)硼去除率較高可達(dá)96.98%，說明在60 min時(shí)，活性炭吸附基本已經(jīng)達(dá)到平衡。

　　在煤質(zhì)活性炭吸附的初期，吸附速率增加十分明顯，60min左右時(shí)，硼去除率基本已經(jīng)達(dá)到平衡值92.20%，隨著時(shí)間的推移，吸附速率逐漸變慢。這是因?yàn)榛钚蕴课匠跗诠?液界面存在著較大的濃度梯度，濃度差越大，吸附驅(qū)動(dòng)力越大，吸附速率越快。隨著時(shí)間的推移，固/液界面的濃度梯度減小到平衡狀態(tài)，吸附也跟著到達(dá)平衡。此外，煤質(zhì)活性炭在吸附初期具有較多吸附位，能快速吸附硼。然而隨著吸附時(shí)間的增加，活性炭表面的吸附部位逐漸被硼填充。溶液中的硼很難再被活性炭吸附，這也導(dǎo)致了吸附后期吸附速率大幅度變緩。

　　5 溶液pH對(duì)硼的吸附影響

　　隨著pH的增加，煤質(zhì)活性炭對(duì)硼的吸附效果沒有一定的規(guī)律，但是還是能夠發(fā)現(xiàn)pH范圍在2-4時(shí)，硼去除率隨著pH的增加而減少，pH范圍在7-10時(shí)，硼去除率隨著pH的增加而增加，并且當(dāng)溶液pH值為6時(shí)，活性炭吸附效果較好，當(dāng)溶液pH值為7時(shí)，活性炭吸附率達(dá)到較小值。

　　總結(jié)

　　(1)對(duì)于硼離子濃度為50mg/L的硼酸溶液而言，煤質(zhì)活性炭的投加量大于14g/L之后，隨著活性炭的投加量增加，硼的去除率增加的幅度開始減緩，因此活性炭的較佳投加量為14g/L。

　　(2)在吸附時(shí)間為60min左右時(shí)，煤質(zhì)活性炭吸附硼基本達(dá)到平衡，硼去除率較高可達(dá)96.98%。

　　(3)活性炭的較佳吸附溫度為35℃，這是因?yàn)殡m然溫度升高有助于減小吸附阻力，但是隨著溫度的升高溶液飽和濃度開始增加，從而增加了煤質(zhì)活性炭吸附硼的難度。

　　(4)當(dāng)溶液pH值為6時(shí)，煤質(zhì)活性炭吸附效果較佳。