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廢水處理實驗報告 吸附試驗 組員： 曾奕超 10125088 鍾易融 10125010 徐連生 10125036 陳孟霖 10125040
廢水處理實驗報告 吸附試驗 組員： 曾奕超 鍾易融 徐連生 陳孟霖 呂翰武 陳羿豪 韓宗余 陳世玄 林智雄 胡鈞遠 環境工程與管理系2 B 組別：第4組 指導老師： 莊順興、陳瑞昌 老師 中 華 民 國 一 零 三 年 四 月 十一 日
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目錄 一、實驗目的 二、實驗原理 三、實驗設備、材料與方法 四、實驗步驟 五、實驗結果 六、結果與討論 七、參考文獻
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實驗目的 本實驗目的在於了解廢水活性碳吸附之特性，及活性碳吸附試驗之操作與數據的整理，學習分光光度計之原理與操作方法。
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實驗原理 吸附原理 吸附的原理和表面張力相似，都是物質表面能量的結果。固體中每個分子和分子間都有作用力；然而若分子位於物體的表面，則還會有一些朝著物體外側的作用力，當固體外側出現其他物質時，這些表面分子自然就會吸引固體外側的物質分子（吸附質，absorbate)，經過擴散作用將進入吸附劑(absorbent) 之孔隙留在吸附劑中。 吸附可以分為物理吸附 (physisorption) 與化學吸附 (chemisorption)。物理吸附是被吸附物間以微弱的作用力，如凡德瓦力與靜電力，而聚集在吸附物表面的過程，如氮氣吸附於活性碳上。而化學吸附則往往是被吸附物金產生較強的作用力，通常已經牽涉到共價鍵、離子鍵的化學鍵的生成， 如多相催化。
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實驗原理 吸附劑種類 1.矽膠 ：用於乾燥、氣體混合物及石油組分的分離等
1.矽膠 ：用於乾燥、氣體混合物及石油組分的分離等 2.氧化鋁 ：對水有較強的親和力，是一種對微量水深度 乾燥用的吸附劑 3.氧化鎂 4.碳酸鈣 5.沸石 ：用於氣體吸附分離、氣體和液體乾燥以及正 異烷烴的分離 6.活性碳
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實驗原理 活性碳 （activated carbon）
是將木炭、果殼、煤等含碳原料經碳化、活化後製成的。活化方法可分為兩大類，即藥劑活化法 (chemical activation)和氣體活化法 (physical activation)。 活性碳含有很多毛細孔構造所以 具有優異的吸附能力。因而它用 途遍及水處理、脫色、氣體吸附 等各個方面。去除異味、某些離 子以及難以進行生物降解的有機 污染物。
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實驗原理 影響活性碳的吸附因子 1）表面積大小 2）吸附質在溶劑中的溶解度 3）pH 的高低 4）溫度的變化 5）吸附物質分散程度
按外觀分類： 1）粉状活性炭，Powdered activated carbon (PAC) 2）颗粒活性炭，Granular activated carbon (GAC) 3）不定型颗料活性炭， 4）圓柱形活性炭，Extruded activated carbon (EAC) 5）球形活性炭，Bead activated carbon (BAC) 6）活性炭纤维，Activated carbon fiber
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實驗原理 甲基藍（methyl blue） 工業染料，在水溶液中解離成正離子及氯離子。
健康效應有燒灼、恶心，呕吐 和腹泻。若直接吸入將造成高铁血红蛋白血症，发绀 和呼吸困难。 為本實驗的去除對象。
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實驗設備、材料與方法 主要設備： - 瓶杯實驗儀器(Chung Chuan Instruments Co. Ltd. CJ-600, 有6個攪拌裝置) - 分光光度計 （SP-830） - 真空瓶與過濾裝置 - Rocker 300真空抽氣馬達 其他： - 1000mL 燒杯 × 2 - 計時器 - 濾紙 (Whatman glass micro fibre filters Grade GF/A 47 mm) × 7 - 試鏡紙 - 天平 - 試管 材料： - 粉狀活性碳 -甲基藍(50 ppm) - 蒸餾水
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實驗設備、材料與方法 方法： 主要是觀察甲基藍加入活性碳後的顏色變化，並加以記錄。理論上加入活性碳後的樣品經攪拌後顏色漸漸恢復原色。
在採樣品時以 50ml 為準，先倒入 10ml 入真空抽氣設備，把過濾的液體取出倒掉（此步驟是為了避免濃度污染），再把剩下的 40ml 倒入，使活性碳留在濾紙，取過濾液體來進行分光光度計分析。 本次實驗使用的是玻璃比色皿，較便宜而且由於藍色為可見光故選之。另外務必在使用前用試鏡紙擦淨光滑面，以免受到殘留物干擾。
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實驗步驟 2. 取2杯1000 ml 蒸餾水，並個別加入50 ppm 甲基藍。
1. 取5g 及 10g 粉狀活性碳。 2. 取2杯1000 ml 蒸餾水，並個別加入50 ppm 甲基藍。 3. 以50rpm 攪拌溶液。在個別燒杯加入5g 及 10g 活性碳時為0 min。
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5. 將溶液倒入分光光度計的比色皿測出甲基藍殘留量。
實驗步驟 4. 取50ml 水樣，倒入抽氣設備取得殘留溶液。 5. 將溶液倒入分光光度計的比色皿測出甲基藍殘留量。 6. 在10、20、30、40 、50、60 min 進行採樣，重複步驟 4，5。
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圖1：甲基藍測量線
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表1：樣品數據 時間(min) 5g 活性碳 濃度 (ppm) 去除率（%） 10g 活性碳 0.810 A 16.017 0.096 A
0.810 A 16.017 0.096 A -1.355 10 0.103 A -1.185 107.41 0.061 A -2.207 -62.88 20 0.079 A -1.769 111.06 0.048 A -2.523 -86.20 30 0.053 A -2.401 115.01 0.064 A -2.134 -57.49 40 0.071 A -1.964 112.28 0.065 A -2.109 -55.65 50 0.058 A -2.280 114.25 0.063 A -2.158 -59.26 60 0.090 A -1.501 109.38 0.060 A -2.231 -64.65
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圖2：甲基藍殘留曲線圖
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圖3：甲基藍去除率曲線圖
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問題與討論 1. 活性碳吸附去除甲基藍的特性 從圖3中可見5g活性碳的去除率超過100%；10g活性碳的去除率又是負值。這可能是因為分光光度計的限制而導致的誤差。因為本台分光光度計只能測到5ppm甲基藍，可是實驗中的數據小於該濃度，所以去除率相當不明確。 隨時間的增加，可觀察到甲基藍溶液的顏色逐漸變深，表明甲基藍中的藍色陽離子已被吸附。 根據 M.A.Rahman 等人，pH的增加有利於去除效率的增加。
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問題與討論 2. 活性碳吸附飽和等溫線的特性 活性碳對水中甲基藍的吸附既有物理吸附現象，也有化學吸著作用。當活性碳對水中甲基藍吸附時，水中的甲基藍在活性碳表面積聚而被吸附，同時也有一些由於分子的運動而離開活性碳表面，重新進入水中即同時發生解吸現象。當吸附和解吸處於動態平衡狀態時，稱為吸附平衡。 所以根據圖2，5g活性碳處理的甲基藍從正值跌倒負值，10g活性碳處理者又是連續負值，更加表明儀器設備有測量限制。 根據Dallas等人發現隨溫度的增加，活性碳吸附質重量減少，建議活性碳溫度盡量控制在45°C以下。
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問題與討論 3. 實驗誤差來源及改進之處 由於本組認為數據受到裝樣本的燒瓶中殘留物質影響。所以要確保儀器乾淨才能使用。 另外由於加入甲基藍時過沒幾分鐘就加入活性碳，所以可能甲基藍還沒均勻分佈就取樣了，也造成數據中有問題。
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參考資料 1. Dallas, A.J., Ding, L., Joriman, J. and Zastera, D., “Activated Carbon Adsorption Isotherms: The Effect of Temperature on Volatile Organic Contaminant Adsorption”, Donaldson Co Inc. 2. Mohammad Arifur Rahman, S. M. Ruhul Amin and A. M. Shafiqul Alam, “Removal of Methylene Blue from Waste Water Using Activated Carbon Prepared from Rice Husk”, Dhaka Univ. J. Sci. (2012), 60(2): 3. Yuh-Shan Ho, R. Malarvizhi and N. Sulochana, “Equilibrium Isotherm Studies of Methylene Blue Adsorption onto Activated Carbon Prepared from Delonix regia Pods”, Journal of Environmental Protection Science (2009), 3: 4. Wikipedia, “Absorption” 5. 合成工業原料股份有限公司，“活性碳” 6. 高瞻自然科學教學資源平台，“吸附” 7. A+醫學百科，“吸附劑” 8. 歐陽嶠暉，《下水道工程學》
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