活性炭国家专精特新“小巨人”企业活性炭产学研合作

　　活性炭吸附去除俾斯麦棕色G染料

　　现代工业中很多工厂将大量有色工业废水排放到附近的环境中。这些有色废水含有不同类型的染料，偶氮染料(-N=N-)似乎是有问题的污染染料。这些染料具有复杂的刚性结构，因此不易碎裂所以去除难度大。基于这些考虑，我们研发了使用共沉淀法制备铁金属化氧化铜纳米颗粒的复合材料。然后通过将复合材料与氮和活性炭结合来制备新的复合材料。并使用不同的技术和分析方法对这些制备的材料进行了研究，通过在这些活性炭材料的悬浮液上从模拟工业废水中去除俾斯麦棕色G染料的能力。

　　活性炭复合材料的合成与表征

　　未活化的活性炭与物理活化的活性炭复合材料的合成使用水热法制备了。根据该方法，金属化氧化铁铜纳米粒子悬浮在30mL烧杯中，直接加入活性炭悬浮液，超声处理30分钟。然后将这两种悬浮液在一个烧瓶中混合，在80℃下连续搅拌，直到溶剂完全蒸发。此时，收集所得固体并在100℃下干燥12小时获得活性炭复合材料。利用扫描电镜对合成的这几种活性炭材料的表面形貌进行了研究。纯氧化铁铜纳米粒子的表面形态如图1A所示，它显示了中等均匀的球形颗粒，粒径约为31nm。活性炭复合材料的图像如图1C所示，该图像显示了较小的均匀性，粒径相对较大，并且存在颗粒团聚。这很可能是由于复合材料中存在活化后的活性炭，这可以增强表面协同效应，促使颗粒尺寸增加，因为在这些条件下晶体生长。复合材料氮铁铜的图像如图1D所示，从该图像可以看出，存在相对均匀的分布，球形颗粒几乎与氧化铁铜相似，但氧化铁铜氮的粒径相对大于氧化铁铜。这可能是由于掺杂氮物种后晶体生长所致。

　　图1：(A)氧化铁/铜，(B)活性炭复合材料，(C)活性炭复合材料(未活化)和(D)氮氧化铁/铜复合材料的SEM图像。

　　制备材料的吸附能力

　　通过在复合材料上吸附去除模拟工业废水中的俾斯麦棕色G染料，研究了制备的活性炭复合材料的吸附能力。所有实验均使用50ppm、150mL、0.15g的俾斯麦棕色G染料浓度进行。和pH值为5的染料溶液。俾斯麦棕色G染料对制备的纳米复合材料的吸附结果如图2所示。从这些结果可以看出，在相同吸附条件下，与其他吸附剂相比，活性炭复合材料的吸附效率最好。这很可能是由于与活性炭复合材料和氮氧化铁/铜相比，与本研究中使用的不同吸附剂相比，这种三级复合材料具有更高的BET表面积。

　　图2：各种活性炭材料对俾斯麦棕色G染料的吸附效率。

　　活性炭用量对俾斯麦棕色G染料去除的影响

　　为了研究所用活性炭用量对其模拟水溶液中染料去除效率的影响，使用不同用量的活性炭复合材料进行了一系列实验。这些质量分别为0.01、0.05和0.10、0.15、0.20和0.25g。这些实验是在相同条件下进行的，所有运行的吸附时间为1小时。通过在468nm处测量吸光度来记录上清液的吸光度来跟踪吸附能力。从获得的结果，发现用量为0.15g。如图3所示，所用活性炭复合材料的染料去除效果好，如图3所示。增加催化剂用量。这可能与随着所用材料的质量增加而增加可用吸附位点有关。这将导致在可用的吸附位点上吸附更多的染料分子。在使用大于0.15克的用量时，染料去除效率会降低，这可以解释为在使用高剂量吸附剂时会增加溶液的密度和材料颗粒的聚集。

　　图3：活性炭复合材料的用量对通过从其水溶液中吸附在三级复合材料上去除俾斯麦棕色G染料的效率的影响。

　　活性炭吸附去除俾斯麦棕色G染料的研究，氧化铜纳米颗粒已通过环保方法成功合成。结果表明，当使用活性炭的三级复合物时，吸附去除俾斯麦棕色G染料的效果较好。对于这种复合材料，在pH=5的染料溶液、0.15g的吸附剂质量下记录了较好去除效率。

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