活性炭国家专精特新“小巨人”企业活性炭产学研合作

　　活性炭去除土壤中的铅

　　高浓度的铅不仅会影响土壤的肥力,还可能造成地表和地下水污染。铅污染不仅能对动物产生严重影响，还能通过将土壤的碱性pH值变为酸性pH值来对生态系统产生影响。土壤的酸性pH值会伤害小株植物，限制根部获取水分和养分。同时，食用含铅生物蓄积的植物，也会导致铅中毒。本研究采用MgCl2用作活化剂来制成活性炭去除土壤样品中的铅。

　　间歇吸附实验

　　将等份量的活性炭(0.5g)添加到10g污染土壤(100ppm)中，并将混合物搅拌5分钟并过夜。加入去离子水以保持其水分。之后，在分析之前，对混合物进行消解处理。在消解过程中采用王水技术，其中1.5g处理过的土壤与16ml王水(6ml65%硝酸(HN03)和18ml37%盐酸(HCl)混合用作试剂。然后，将混合物加热至70℃，并使用磁力搅拌器摇晃1小时。之后，用36mL去离子水稀释混合物，然后用0.45µm滤纸过滤混合物。过滤后的样品用原子吸收光谱法进行分析。

　　活性炭的制备

　　活性炭原材料被收集、洗涤并在室温下干燥。将300g原材料在MgCl2水溶液中浸泡24小时。然后，将混合物在热板上在通风橱中在75℃下加热4小时。接下来，活化过程在马弗炉中在500℃下进行了一个小时。之后，将活性炭用蒸馏水洗涤至pH值为中性，然后在烘箱中在60℃下干燥24小时。制备的活性炭保存在小瓶中以备进一步使用。从FESEM获得的活性炭表面形态如图1所示

　　图1：活性炭的形态(a)放大5000x(b)放大10000x和(c)原材料。

　　铅(Pb)污染土壤的制备

　　取天然土壤样品并风干三天。通过将0.25g硝酸铅(II)稀释在250mL蒸馏水中制备Pb(1000mg/L)储备溶液。将原液稀释至100ppm(250mL)的稀释铅溶液，将100g天然土壤样品浸泡搅拌5分钟，静置过夜。接下来，过滤土壤以去除多余的溶液。重复此过程以制备具有其他浓度Pb的污染土壤，分别为50ppm、150ppm和200ppm，以进行批量吸附实验。

　　能量色散X射线(EDX)光谱

　　活性炭的表面化学成分是通过使用能量色散X射线(EDX)光谱确定的。得到的光谱见图2，C、N、0、Mg、Ca的百分比分别为7.64%、14.53%、35.31%、0.70%、41.80%。FTIR结果支持C、N和O的存在，该结果表明存在羰基和胺基团。除此之外，高百分比的Ca表明主要是钙的性质。此外，光谱中出现Mg表明Mg化合物与碳和氧强烈结合。因此，无论是用热蒸馏水还是冷蒸馏水，都不容易通过洗涤去除。

　　图2：活性炭的EDX谱。

　　活性炭除土壤中的铅的能力

　　原子吸收光谱法用于测定土壤中的铅浓度。从获得的结果来看，活性炭在所有测试的铅污染土壤中显示出高达-98%的铅的高吸附能力。高吸附百分比是由于Mg2+离子和CO2-离子的存在，这有助于通过静电吸引增强土壤中铅的固定。受污染土壤中的铅浓度很高。在活性炭中，Mg2+与土壤中的Pb2+发生离子交换。活性炭中的碳酸钙(CaCO3)也有助于增加铅吸附。图3(a)说明了来自活性炭的Mg2+与土壤中Pb2+的离子交换过程，(b)是铅污染土壤中离子交换的说明。大孔的存在也增强了铅离子吸附到活性炭表面的能力，因为大孔具有相对较小的比表面积，并且基本上控制了铅离子吸附到内部多孔网络中。该研究表明活性炭可作为去除土壤中铅的合适吸附剂。

　　图3：(a)活性炭中的Mg2+与土壤中Pb2+的离子交换过程和(b)铅污染土壤中的离子交换。

　　土壤中去除铅的研究中，活性炭通过使用MgCl2作为化学活化剂并在500℃下碳化1小时而制备。研究结果表明，即使活性炭具有很小的表面积，但由于存在Mg2+和CO2-离子，因此具有去除污染土壤中铅的高潜力。因此，这种活性炭吸附剂的潜在应用为从土壤中去除铅提供了一种简单好用的方法。

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