活性炭国家专精特新“小巨人”企业活性炭产学研合作

　　活性炭从水溶液中吸收双酚A

　　双酚A也称为2,2-双(4-羟基苯基丙烷)(BPA)作为单体单元和聚合物工业中的添加剂已经成熟。BPA首次以商业规模用于固化塑料和制备环氧树脂，用于塑料瓶、食品和饮料包装、运动器材、储存容器等。当pH值非常高或非常低的食品或高温食品与塑料材料接触时，通常会导致BPA从塑料材料中浸出到食品基质中，对其在消费品容器中的安全性存在严重的担忧。本次研究了活性炭和磁性活性炭用于从水溶液中消除双酚A(BPA)的可用性。

　　在水处理技术中，磁力过滤的使用已成为一种很有前途的方法，因为它可以快速有效地去除废水中的污染物。可以制备可以与污染物结合的廉价但有效的活性炭吸附剂，然后可以进行磁性分离。即使在固体浓度很高的情况下，磁分离器也可以很容易地从溶液中分离活性炭吸附剂。该研究有效地将回收材料制成廉价的活性炭和磁性炭，随后将其用于去除BPA。研究了一些实际工况条件等因素对吸收过程的影响。

　　使用两种活性炭的吸附程序

　　为了生成动力学和平衡数据，在溶液温度、pH、吸附剂用量、初始BPA浓度和持续时间等不同实验条件下进行了一系列批次实验。BPA吸附实验在25-200mg/L双酚A浓度范围内进行。在锥形烧瓶中，将0.1g吸附剂分散到25cm3的BPA溶液中并搅拌最长140分钟。将吸附剂从溶液中分离出来，在276nm波长处获取吸光度，同时使用方程式估计吸附的BPA的量。

　　吸附研究

　　溶液pH值在吸附过程中起着至关重要的作用，因为它对吸附剂和污染物的化学性质都有很大的影响。根据pH依赖性的结果，BPA去除率在低pH范围内相对稳定，但在pH大于7时降低。在初始溶液pH范围为2至87.3%时，BPA去除率稳定在81.0至87.3%左右。发生这种情况可以解释为BPA在pH>pKa值时主要以BPA的中性分子形式存在，在高于8.0时会去质子化，从而形成一价或二价阴离子。这意味着在碱性pH范围内BPA去除百分比的降低可能是由于带负电的吸附剂表面与双酚盐阴离子之间存在的反静电关系的结果。

　　图1：在接触时间为100分钟、初始BPA浓度为200mg/L、温度为55℃时，用量对活性炭和磁力活性炭吸附BPA的影响。

　　此外，还评估了吸附剂用量(0.03至1g)对BPA吸附的影响，而其他参数保持不变。如图1所示，随着吸附剂用量从0.03g增加到0.9g，活性炭和磁力活性炭的平衡BPA去除率分别从64.10增加到75.84%和73.90到79.48%。这一结果得到了先前研究结果的支持，当时发现吸附剂用量的增加将导致吸附的污染物量增加，这是由于吸附剂表面积的增加这相应地增加了可用的受体位点。

　　研究测试结果分析

　　对于使用活性炭和磁力活性炭作为吸附剂的双酚A吸附，二次模型证实了响应与方程所描述的重要变量之间存在良好的关系。如果F的值很大，而概率(p)的值很小，则对应的系数项越可靠。图2和图3分别展示了用量、初始浓度、pH和温度对活性炭和磁力活性炭吸附BPA的综合影响。据观察，在较高的BPA浓度、温度和剂量值下，最大去除百分比得到优化。然而，这与在酸性范围(较低的pH值)具有最大去除百分比的pH影响的情况下观察到的相反。这种在酸性pH值范围内较大的吸附百分比可能是由于带正电的吸附剂表面与双酚结构的负电荷之间存在静电相互作用的结果。还，BPA与吸附剂的吸附百分比增加是由于可用于吸附的表面积增加，从而增加了用于去除污染物的吸附受体。进一步推断核桃壳的磁化处理大大提高了吸附剂的去除能力，从而促进了吸附过程。

　　图2：活性炭上双酚A去除效率的响应面3-D图显示了(a)初始浓度和剂量以及(b)pH和温度的影响。

　　图3：双酚A去除效率对磁力活性炭影响的响应面3-D(a)pH和剂量以及(b)pH和温度。

　　活性炭从水溶液中吸收双酚A，我们评估了活性炭及其磁化对应物作为吸附剂从水溶液中吸附BPA的用途。观察到活性炭和磁力活性炭对BPA的吸收随着pH值的增加而降低，而吸附容量随着两种吸附剂的吸附剂用量和BPA浓度的增加而增加。吸附过程遵循准一级模型。Langmuir等温线模型很好地解释了平衡数据，这意味着单层形成。热力学参数表明吸附过程本质上是自发的和吸热的。从FT-IR研究来看，羧酸盐和酚类官能团可能与吸附过程有关，这从IR波段的变化可以看出。

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