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廣東韓研活性炭科技股份有限公司
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閱讀：1369發(fā)布時(shí)間：2021-11-29
今天來介紹活性炭吸附水中的鉛，重金屬的水污染被認(rèn)為是對(duì)環(huán)境，特別是對(duì)人類健康的嚴(yán)重威脅。由于工業(yè)或采礦活動(dòng)的殘留排放，天然水可能被金屬離子污染。廢水中見的有毒金屬是銅，鎘，鉻，鎳，鋅和鉛。由于工業(yè)過程和新技術(shù)的發(fā)展，過去幾十年來，重金屬對(duì)水的污染有所增加。從水中除去重金屬的不同方式研究的重要性在于它們?cè)诨钌矬w中的毒性，持久性和積累。在廢水中發(fā)現(xiàn)的見的有毒金屬之一是鉛，即使在少量量水平下也是有毒的。在圖1中，示出了作為pH的函數(shù)的水溶液中的鉛物質(zhì)的圖。根據(jù)圖1，pH約為6，主要種類為Pb 2 +，Pb(OH)2(s)和PbOH +(可溶性物質(zhì))開始形成。
盡管有幾種方法用于從水中去除重金屬，但效的方法之一就是吸附在活性炭上，活性炭是一種通用的吸附劑，因?yàn)樗哂写蟮谋缺砻娣e，孔徑分布和不同官能團(tuán)的存在表面。用于液相吸附的活性炭必須具有一定體積的大孔，以促進(jìn)液體擴(kuò)散到更小的孔中?；钚蕴渴欠旱奈絼?，因?yàn)槠涿娣e大，多模多孔結(jié)構(gòu)(基本上是微孔的)，高吸附能力和可變表面化學(xué)成分。因此，在許多領(lǐng)域中有許多應(yīng)用，例如在氣相或液相中。
因此，有必要研究開發(fā)出通過吸附廉價(jià)且高度保留重金屬的新型吸附劑材料。因此，從農(nóng)業(yè)或農(nóng)業(yè)工業(yè)廢料生產(chǎn)活性炭已成為若干研究的目的，其中可以提到由果殼，椰殼制備的活性炭，還有各種纖維材料制成的活性炭等等。農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)量大，成本低廉，處置問題嚴(yán)重。它們成為獲得多種類型活性炭質(zhì)材料的有利原料，例如，生產(chǎn)的地方，每天可能生產(chǎn)出幾百噸果殼、纖維渣廢物，這些都是通過熱處理可以富集碳含量的纖維素材料，這些材料能夠形成不同尺寸的多個(gè)孔，這取決于激活方法。農(nóng)業(yè)木質(zhì)纖維素廢物已被廣泛研究，并被證明是生產(chǎn)用于從水溶液中除去金屬離子的活性炭的好材料。
還已知對(duì)吸附正電荷物質(zhì)效的活性炭是在其表面上具有作為離子交換劑的作用的氧官能團(tuán)的氧化碳?；钚蕴康幕瘜W(xué)成分對(duì)其性能有影響; 位于芳族層的末端的活性炭可能形成CO鍵，因此可以將大量的氧和其它原子加入到活性炭表面上，因此，酸基的發(fā)展可以用氧(空氣)或其他氧化劑。
在本研究中，選擇三種木質(zhì)纖維素材料作為前體，通過使用硝酸作為活化劑進(jìn)行化學(xué)活化。由此獲得的活性炭對(duì)Pb 2+離子具有高吸附能力。該離子的吸附能力與在所獲得的不同活性炭表面上形成的氧化基團(tuán)的類型和數(shù)量有關(guān)。介紹了硝酸對(duì)每種碳獲得的結(jié)構(gòu)和表面化學(xué)性質(zhì)的影響結(jié)果。此外，如何通過改變?nèi)芤旱膒H來影響制備的活性炭中Pb 2+離子的吸附能力。
使用三種不同的纖維此阿里獲得的活性炭被稱為ACB，ACS，ACP，活性炭的元素分析結(jié)果如表1所示。可以看出，被認(rèn)為是木質(zhì)纖維素前體的材料具有高含量的活性炭，并且從中得到具有良好吸附劑特性的活性炭。使用硝酸的改性提高了鉛離子的吸附能力。這與碳氧化反應(yīng)的酸性官能表面基團(tuán)的增加以及碳表面總電荷的增加相一，。獲得的活性炭的表面化學(xué)結(jié)構(gòu)的特征在于形成酸型氧合基團(tuán)，當(dāng)用作吸附劑或作為催化劑載體時(shí)，其影響其性能。為了通過這種多孔固體(如水溶液中的金屬離子)吸附無機(jī)化合物，最重要的變量是表面絡(luò)合物的性質(zhì)，甚至超過吸附劑的表面積和孔隙率。
活性炭，ACB，ACP和ACS在77 K下的N 2吸附等溫線如圖所示。表2包括在77K 的N 2和273K 的CO 2的微孔體積V o和活性炭的總體積V T的值。通過使用方程分析77 K處的N 2和273 K處的CO 2的物理吸附等溫線來推導(dǎo)出體積。三種材料具有適合溶液吸附的表面積值，可以看出，具有表面積的活性炭為1100m 2 g -1，由鋸屑得到。對(duì)于所有活性炭，Vo(CO 2)和Vo(N 2)的值相似; 通過上述兩種碳的氮?dú)夂投趸嘉将@得類似的微孔體積值的事實(shí)表明這些碳的微孔隙窄而均勻。對(duì)于ACS，微孔體積和兩種吸附物(N 2和CO 2)之間的差異較大，表明微孔隙也較大。因此，值得一提的是，等溫線的形狀發(fā)生變化，表明每當(dāng)改變前體材料時(shí)，孔被修飾。可以看出，ACS有比其他兩個(gè)活性炭更大的孔體積和表面積。這些碳的表面特性對(duì)Pb 2+離子的吸附能力有直接的影響。
酸和堿性部位的總含量以及氧化基團(tuán)的分布結(jié)果示于表3。從鋸末，ACS獲得的碳中酸性位點(diǎn)的發(fā)展更加廣泛，使得它更能夠在這些位置上從水溶液中吸附金屬陽離子。用HNO 3浸漬前體材料 使酸基含量高于堿性基團(tuán)含量。當(dāng)活性炭在獲得后經(jīng)歷氧化過程時(shí)，發(fā)生類似的行為。酸和堿性基團(tuán)的含量之間的差異通過用通過活化方法引入的硝酸形成的氧化基團(tuán)的產(chǎn)生來解釋。
所獲得的活性炭的零電荷點(diǎn)pH值PZC的 pH 如表3所示。pH PZC值是表面官能團(tuán)對(duì)溶液的pH無貢獻(xiàn)的點(diǎn)。生成的活性炭是在pH > pH PZC下去除Pb 2+離子的有效吸附劑。對(duì)活性炭測(cè)定的pH PZC值表示其酸性質(zhì)，這是由于施用于碳的處理而預(yù)期的，這引起了如表3所示的氧化基團(tuán)。至于酸位點(diǎn)的分布，羧酸基團(tuán)的數(shù)目是碳ACB和ACS，這也產(chǎn)生了更小的酸性pH較大PZC值，因?yàn)檫@些基團(tuán)對(duì)應(yīng)于較高的強(qiáng)度的酸。ACP具有較高含量的酚類組分，其pH PZ，4.1。一旦已經(jīng)制備和表征活性炭，在298K處，在不同的pH值范圍為2和8之間獲得了離子Pb 2+的吸附等溫線。圖3至5 中顯示了等溫線，其中可以看出對(duì)于三種活性炭，吸附的pH為4。觀察到的吸附是活性炭ACS，其中表面特性對(duì)所述吸附能力具有影響，而具有相同量級(jí)的表面積和微孔體積的碳ACP和ACB具有相似的吸附能力。 ACS上的Pb 2+吸附量約為17.5 mgg -1，可能與表面酸基含量有關(guān)，因?yàn)樗哂械目偹岫戎?.93 meqg -1，反之，羧基含量， 4.45 meqg -1。
通過化學(xué)處理獲得活性炭，對(duì)鉛離子具有高吸附能力。硝酸在三種木質(zhì)纖維素材料上的化學(xué)處理產(chǎn)生了表面積在860和1100m 2g -1之間的活性炭，孔體積在0.27和0.55cm 3 .g -1之間，表面特征有助于離子吸附。對(duì)于ACS，用硝酸浸漬在碳表面上產(chǎn)生的總量增加4.13至6.93mmol / l，具有較高比例的有利于 pH4的Pb 2+吸附的羧基。對(duì)于所獲得的活性炭，其吸附容量從13.7至17.5mg.g -1變化，其中由于其表面積，孔體積和總酸度的高值，ACS是吸附的活性炭。溶液的變化表明，對(duì)于所評(píng)估的范圍，2-8，在pH2時(shí)，活性炭帶正電，導(dǎo)致表面與Pb 2+離子之間的靜電排斥。當(dāng)pH> pH PZC時(shí)，固體負(fù)電荷，這種條件有利于Pb 2+離子與表面之間的相互作用，從而增加Pb 2+離子對(duì)具有表面積和體積的活性炭的吸附。當(dāng)pH> 4時(shí)，氫氧化鉛物質(zhì)影響吸附過程，特別是在活性炭表面沉淀的固體氫氧化物。
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