活性炭吸附重金属离子的影响因素分析
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活性炭是含碳物质经过高温热解和活化而得到的多孔状碳化合物。其内部的多孔结构，使得每克活性炭的表面积可达1000m2，活性炭的较强吸附能力即在于它具有这样大的吸附面积。
溶质从水中移向固体颗粒表面，发生吸附，是水、溶质和固体颗粒三者相互作用的结果。引起吸附的主要原因在于溶质对水的疏水特性和溶质对固体颗粒的高度亲和力。活性炭对离子的吸附过程主要有下列几个步骤：（1）液膜扩散，由流体主体扩散至吸附剂表面；（2）孔扩散，由吸附剂孔内液相扩散至吸附剂中心；（3）表面吸附反应。重金属离子在吸附剂如活性炭上的吸附往往不仅仅是单纯的物理吸附，而是常常与吸附剂的表面官能团进行反应形成沉淀和络合物或进行离子交换等，故其不可能像有机物分子一样在吸附剂表面以吸附态形式自由地迁移。因此，对于重金属离子而言，认为其吸附机理包括三个方面的过程：
（1）重金属离子在活性炭表面沉积而发生的物理吸附；
（2）重金属离子在活性炭表面可发生离子交换反应；
（3）重金属离子与活性炭表面的含氧官能团发生化学吸附。
2、提高活性炭吸附能力的措施
2.1改良活性炭
2.1.1采用表面改性剂
由以上分析知，活性炭表面的官能团对其吸附特性会产生重大影响，通过研究其表面特性对不同物质吸附性能的影响，并根据吸附质的不同对其进行相应的改性处理，可以显著地提高吸附的适应性和吸附效率。
采用浓HNO3对活性炭纤维进行氧化改性，使得ACF表面含氧基团包括酸性基团明显增加，对低浓度铅离子的吸附效果很好，吸附速率也非常快，吸附平衡时间仅需5min，而且在pH值4-6之间保持着对铅离子较高的吸附性能。
2.1.2改良制作工艺
在活化过程中，活性炭表面形成了对吸附有重大影响的表面氧化物。一般在300℃-500℃以下用湿空气制造的活性炭中，酸性氧化物占优势；而在800℃-900℃下，用空气、蒸汽或CO2为活化氧化剂制造的活性炭中，碱性氧化物占优势；在500℃-800℃之间则具有两性性质。因此，改良活性炭的制作工艺，优化活性炭的表面氧化物类型，提升活性炭的吸附能力，使活性炭具有极性的性质，易于吸附极性较强的重金属离子等。
2.2调节溶液的pH值
活性炭对水中重金属离子的吸附，受pH值影响较大，合理的调节pH值可以明显地提高脱除效率。对活性炭吸附水中铅离子进行动态实验前，需先选择合适的实验pH值范围。在pH为2时，活性炭几乎不吸附Pb2+离子，随着pH值的升高，吸附效率逐渐提高，到pH=8时，Pb2+与溶液中的OH-起沉淀反应，溶液中Pb2+浓度变得很低，考虑到既要吸附效率高而又不发生沉淀反应，因此其选择动态吸附实验的pH=6。
2.3对水样进行预处理
根据之前对活性炭吸附影响因素的分析，对水样进行适当的预处理可以降低水样中影响吸附的物质的浓度，降低水的浊度等，使得活性炭对吸附重金属离子的吸附更为有效，活性炭的工作周期变长，提高活性炭的吸附效率。
3.1 pH 对吸附的影响
pH 是影响重金属离子吸附的重要因素之一，它不仅决定重金属离子的存在状态，而且影响活性炭上活性基团的性质。张华制备柚皮基活性炭吸附Cr(Ⅵ) ，结果表明，随着pH 升高，Cr(Ⅵ) 去除率逐渐降低。pH 不同Cr(Ⅵ) 的存在状态不同，pH =1 时，Cr(Ⅵ) 以H2CrO4 形式存在，当1＜pH＜5 时Cr(Ⅵ) 主要以HCrO4- 形式存在，当pH 继续升高，HCrO4- 逐渐转变为CrO42- 和Cr2O72- 。柚皮基活性炭的等电点为5. 67，当1. 00＜pH＜5. 67 时，活性炭表面带正电荷，对以阴离子存在的Cr(Ⅵ) 存在静电引力，吸附量较高，且随着pH 升高，活性炭表面的正电荷逐渐被中和，吸附率下降。而且在pH＜2 的强酸条件下，吸附在活性炭表面的Cr(Ⅵ) 可能被活性炭上的给电子体还原为Cr3+ 进入溶液中( 静电斥力存在) 。当pH＞5. 67 时，活性炭表面带负电，与同样带负电的Cr(Ⅵ) 阴离子产生排斥作用，并随着pH 增加排斥作用愈明显，去除率降低。
3. 2 温度对吸附的影响
对于多数吸附材料而言，温度是重要的影响因素。当吸附为吸热反应时，随着温度升高吸附率增加，但超过一定温度会使吸附材料的结构发生变化，从而破坏重金属离子与吸附材料络合稳定性，导致吸附率下降；反之，当吸附为放热反应时，随着温度升高吸附率降低。Zabihi 等研究19、29、39℃下Hg2+ 浓度随时间的变化，表明随着温度的升高，活性炭表面用于吸附的活性中心增加，内扩散进程加快致使Hg2+ 浓度下降，随着温度升高吸附率增加，但不同温度下Hg2+ 浓度达到平衡的时间基本不变。
3. 3 浓度对吸附的影响
当重金属离子浓度较低，吸附材料表面的初始吸附位点较多时，吸附率较高；随着离子浓度升高，吸附位点相对越来越少，离子之间竞争吸附位点，导致去除率下降。Huseyin 等研究Cd2+ 浓度变化对活性炭吸附效果的影响，随着Cd2+ 浓度增大，吸附率下降而单位吸附剂的吸附量增加，这与活性炭表面的活性位点的数量与结合Cd2+ 的能力有关。
3. 4 投加量对吸附的影响
活性炭投加量在一定程度上决定重金属离子的吸附量。随着投加量的增大，重金属离子去除率增加。Masood 等制备尼姆树基活性炭吸附Ni2+ ，随着活性炭投加量增加，Ni2+ 的去除率显著增加。这是因为当溶液中重金属离子浓度一定时，随着投加量的增大，与重金属离子结合的活性位点增多，去除率增加，溶液中重金属离子浓度减少。
3. 5 吸附时间对吸附的影响
活性炭对重金属离子的吸附需要一定的时间，当达到动态平衡时，吸附量基本保持稳定。佟雪娇制备花生秸秆炭和油菜秸秆炭吸附酸性电镀废水中的Cu2+ ，发现Cu2+ 的去除率随着反应时间的延长而迅速增大，8h 基本达到平衡，其后去除率增加很小。
3. 6 共存离子对吸附的影响
重金属废水中不可避免地共存着一些其他离子( Na+、K+、Ca2+ 等) ，当这些离子达到一定浓度并继续增大时，重金属离子吸附量随之降低，这可能与离子间竞争结合活性位点，以及重金属离子有效浓度降低有关。张蕊用稻壳基活性炭吸附含Cu2+、Zn2+、Cd2+ 混合溶液，发现不同离子吸附量并不相同，而是按照Cu2+＞ Cd2+＞Zn2+ 顺序，说明活性炭对重金属离子的吸附具有选择性。
活性炭表面的理化性质对重金属离子的吸附性能影响很大。Zhang 等通过一系列物理、化学活化法制备甘蔗渣基活性炭，提出Pb2+ 的吸附量关于比表面积、平均孔径、杂原子N、S、O、H 浓度和灰分的浓度的模型。模型表明，增加比表面积和孔径有利于Pb2+ 的吸附，同时杂原子O、H 的存在赋予活性炭表面的酸性特征有利于低浓度、低pH 环境Pb2+ 的去除。此经验模型为选择合适的前驱体、优化制备条件吸附Pb2+ 提供参考，但具有一定的局限性。如果能够建立吸附量与活性炭的理化性质的直接函数关系，通过优化制备工艺，改善表面理化特性，能够显著提高活性炭对重金属离子的吸附能力。
五、总结概括
1、温度达到30℃时，活性炭对4种金属离子的吸附能力较佳。
2、活性炭投加量为6g时，其对这4种重金属离子的吸附能力均已达到饱和，并且对Zn2+的吸附变化最显著；
3、随着pH的加大，活性炭的吸附量也在增加，当pH>7时，随着pH的增大，活性炭的吸附作用有所减弱，pH=7时，活性炭对溶液中重金属离子的吸附能力强；
4、振荡时间达到200min时，活性炭的吸附效果就达到饱和，其中，活性炭对4种重金属离子吸附能力由强到弱依次为：Zn2+>Cd2+>Pb2+>Cu2+；