實(shí)驗(yàn)2 正交設(shè)計(jì)優(yōu)化改性活性炭對(duì)銅離子的吸附性能

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1、本科生課程實(shí)驗(yàn)（生物工程專業(yè)2010年級(jí)一班）實(shí)驗(yàn)名稱正交設(shè)計(jì)優(yōu)化改性活性炭對(duì)銅離子的吸附性能姓名李曉萌同組人姓名劉學(xué)偉王曉婷程瑤李艷娟李丹玉馬雪于寶張?jiān)教贫鹨蝗晡逶翴V實(shí)驗(yàn)2正交設(shè)計(jì)優(yōu)化改性活性炭對(duì)銅離子的吸附性能實(shí)驗(yàn)?zāi)康模涸诳紤]交互作用A×B的情況下，利用正交設(shè)計(jì)分析法考察不同因素對(duì)活性炭對(duì)銅離子吸附體系的影響；篩選出3因素3水平，選用L9(34)正交表優(yōu)化活性炭對(duì)銅離子吸附體系工藝；采用DPS軟件對(duì)于試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行直觀分析和方差分析，確定因素主次和最適水平并判斷不同因素對(duì)體系影響的顯著性，從而確定最佳體系工藝（其中A、B、C

2、三個(gè)因素排列在第1、2和4列上，空列排列在第3列上，正交表中）。實(shí)驗(yàn)原理：活性炭常常作為吸附劑用在水處理中，活性炭是一種多孔性的含碳物質(zhì),它具有高度發(fā)達(dá)的孔隙構(gòu)造,活性炭的多孔結(jié)構(gòu)為其提供了大量的表面積，能與氣體（雜質(zhì)）充分接觸，從而賦予了活性炭所特有的吸附性能，使其非常容易達(dá)到吸收收集雜質(zhì)的目的。就像磁力一樣，所有的分子之間都具有相互引力。正因?yàn)槿绱耍钚蕴靠妆谏系拇罅康姆肿涌梢援a(chǎn)生強(qiáng)大的引力，從而達(dá)到將有害的雜質(zhì)吸引到孔徑中的目的。實(shí)驗(yàn)藥品及器材：硫酸銅母液（10g/L,10g五水硫酸銅粉末溶于1000mL蒸餾水中），改性活性炭

3、（已制備），0.1mol/LHCl溶液（約1mLHCl加入蒸餾水稀釋至100mL），0.1mol/LNaOH溶液（0.4gNaOH粉末溶于100mL蒸餾水中），可見分光光度計(jì)，水浴鍋，溫度計(jì)、恒溫干燥箱等。試驗(yàn)方法：分別考察活性炭濃度（A因素0.15g、0.2g、0.3g）、吸附溫度（B因素50℃、60℃、70℃）、吸附時(shí)間（C因素10min、20min、30min）以及A×B對(duì)整個(gè)實(shí)驗(yàn)體系的影響，每種因素設(shè)計(jì)3個(gè)水平（根據(jù)單因素試驗(yàn)優(yōu)化得出），選用L9(34)正交表優(yōu)化試驗(yàn)方案。三種因素對(duì)整個(gè)實(shí)驗(yàn)體系的影響，以吸附量作為衡量指標(biāo)：

4、Ce＝(ρ0-ρe)V/m式中：Ce為平衡吸附量（mg/g）；ρ0和ρe分別為原溶液和吸附后溶液銅離子濃度（mg/L）；V為溶液體積（L）；m為改性活性炭的質(zhì)量。根據(jù)正交設(shè)計(jì)表，分別制備不同的處理，將一定量的活性炭（單因素優(yōu)化后結(jié)果）加入到5mL濃度為5g/L的CuSO4中，再將反應(yīng)體系放置于一定溫度的水浴鍋中（單因素優(yōu)化后結(jié)果），水浴一段時(shí)間后（單因素優(yōu)化后結(jié)果），常溫豎直靜置10分鐘后，取上清液3mL加入到比色皿中測(cè)定銅離子的吸光度。每個(gè)樣品重復(fù)測(cè)三次，記錄數(shù)據(jù)，根據(jù)單因素優(yōu)化過(guò)程中所繪制的標(biāo)準(zhǔn)曲線，計(jì)算每一個(gè)處理的吸附量。實(shí)驗(yàn)

5、步驟：1.取一支試管，量0.1克活性炭并取5mL(5g/L)CuSO4于試管中，數(shù)值精致三分鐘立即測(cè)定其吸光度，記錄數(shù)據(jù)。2.取九支試管，每支試管中均加入5mL(5g/L)CuSO4，再分別稱取三個(gè)0.15g,三個(gè)0.2g，三個(gè)0.3g分別按正交表所寫順序放入不同的溫度中進(jìn)行不同時(shí)間的水浴，時(shí)間達(dá)到時(shí)取出在試管架上豎直靜止10min，在分別取出3ml與比色皿上測(cè)其吸光度，每組測(cè)三個(gè)數(shù)值，記錄數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)處理與結(jié)果：L9(34)正交表如下：Ce＝(ρ0-ρe)V/mρ0=0.388mg/mlV=3mlIV編號(hào)因素A因素B空列因素C吸附量

6、吸光度吸光度平均值NO.活性炭質(zhì)量g溫度0C時(shí)間minmg/ml11111-4.520.6140.6140.6140.61421222-0.920.4280.4390.4360.43431333-0.040.3900.3900.3900.39042123-3.30.6080.6080.6080.60852231-0.980.4480.4610.4500.453623120.6150.3420.3550.3430.34773132-6.320.9991.0341.021.0283213-0.910.4780.4830.4760.479

7、933210.180.3650.3730.3710.37　正交設(shè)計(jì)方差分析表(完全隨機(jī)模型)　　　　變異來(lái)源平方和自由度均方F值p-值第1列1.91320.95650.96370.5092第2列40.3266220.163320.31420.0469第3列*1.985120.9926　　第4列0.943220.47160.47510.6779誤差1.985120.9926　　總和45.1679　　　　根據(jù)p值可以看出活性炭濃度(A因素)和吸附時(shí)間(C因素)沒有顯著性影響，但吸附溫度（B因素）有顯著性影響。根據(jù)直觀分析可以看出因素的主

8、次為吸附溫度（B因素）、活性炭濃度(A因素)、吸附時(shí)間(C因素)。通過(guò)一定的計(jì)算可以看出最優(yōu)方案為活性炭為0.2g,吸附溫度為70℃,吸附時(shí)間為30min（B3A2C3）。結(jié)果討論分析此實(shí)驗(yàn)是正交設(shè)計(jì)優(yōu)化改性活性炭對(duì)銅離子的吸附性能。