活性炭国家专精特新“小巨人”企业活性炭产学研合作

　　地表水和地下水都被天然和人为来源的杂质污染。通常像镉，铬，铜，镍和锌等金属通常会带来污染问题。环境中重要的人为锌源包括：金属矿开采，农业来源例如肥料和肥料，污水污泥，冶金工业，例如特殊合金和钢的生产，垃圾渗滤液，金属表面处理行业中的电镀和其他来源，例如电池。对于人类来说，锌是一种重要的微量营养素，但过高的量的锌会导致很多问题。因此，有效去除水中的锌至关重要。存在多种去除锌的方法和方法的组合，但是吸附是去除重金属如锌的合适的方法，因为它简单，高效和和具有再生潜力。活性炭是用于水净化的应用广泛的吸附剂，用于水处理的活性炭一般是使用例如椰子壳或煤作为前体制备的。在这项研究中，从木质纤维素废料生物质中制备了活性炭，并将其用于脱锌。

　　图1：活性炭对锌的吸附。

　　实验过程结果数据

　　活性炭用于去除锌我们研究了pH，竞争离子，初始​​浓度，吸附剂量，温度，时间和脱附的影响。进行了等温线分析，动力学建模和热力学计算。还针对商用活性炭作为参考样品进行了实验，但未显示结果，因为根据初始Zn浓度和吸附剂量(1 g/L–10 g/L)，去除率为10–30%。

　　等温线模型

　　几个非线性等温线模型被应用于实验数据。但是，根据R 2值和RMSE，Sips模型显然是最佳拟合(R 2=0.95，RMSE=1.81)。因此，表3中仅列出了最传统的Langmuir和Freundlich等温线的参数，以及Sips等温线。相应的配合如图2所示。Sips模型的适用性是一个非常合理的结果，因为众所周知，它可以很好地代表异质表面上的吸附，这是基于活性炭材料的情况。

　　图2：Langmuir，Freundlich和Sips模型应用于实验结果。

　　活性炭的吸附动力学研究

　　如图3所示，室温下活性炭对锌的吸附速度非常快。在最初的60分钟内可以实现将近80%的去除。在240分钟时达到吸附平衡，此后保持恒定。锌的最大去除量和吸附容量分别为95%和14.4 mg/g。快速去除杂质是典型的含碳吸附剂。

　　图3：去除锌与时间的关系。重复进行实验，结果范围最大为3个百分点。

　　温度的热力学效应

　　通过在三种不同温度(10°C，22°C和40°C)下进行实验，研究了温度对活性炭吸附的影响，以研究吸附系统在较冷环境或高温工艺用水中的工作方式。在10°C，22°C和44°C下的去除率分别为88%，91%和92%。因此，温度对锌的去除没有有意义的影响，并且所生产的材料可以在宽的温度范围内有效地使用。

　　解吸实验

　　吸附后，用过的活性炭可以被处理掉或再生。在这两种情况下，都会产生二次污染。金属负载的二手废炭也是属于危废的。在再生中，金属以溶液形式被回收，并且再生溶液会引起二次污染。因此，所使用的再生溶液起着重要的作用，并且优选使用无害的再生溶液。通常使用的再生溶液是盐酸，H 2 SO 4，1M氯化钾，0.01M的NaNO 3和NaCl。活性炭的可再生性对于提高成本效益至关重要。在这项研究中，使用0.1 M HCl进行Zn解吸，解吸实验的结果如图4所示。用过的活性炭与解吸溶液接触后立即发生解吸。解吸率为80%，与时间无关。因此，可以使用无害化学物质快速再生活性炭。

　　图4：解吸与时间的关系。

　　本期我们研究了活性炭对Zn(II)离子的吸附。发现锌吸附到活性炭上不是温度依赖性的。吸附等温线遵循Sips等温线和Elovich动力学模型。热力学计算表明吸附过程是自发的，则在吸附过程中熵增加，并且吸附过程由吸热物理吸附。将活性炭的吸附能力与其他人中提出的用于脱锌的其他吸附剂进行了比较。结论是，活性炭这种材料可用于从废物生物质中去除锌的合适吸附剂，并且活性炭还可以在宽温度范围和高浓度范围内使用。

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