活性炭国家专精特新“小巨人”企业活性炭产学研合作

　　活性炭对亮蓝染料的吸附特性

　　由于水资源的污染和稀缺，水资源危机引起了全世界的广泛关注。来自工业和家庭活动的多种复杂污染物间接或直接排放到水体中。在这种情况下，染料是主要的有机污染物。这些化合物广泛应用于纺织、皮革、塑料、食品加工等产业。目前，可供使用的商品染料有10万多种，估计合成染料的年产量约为3万吨。这些染料中的很大一部分通常通过未经处理的废水排放到水体中，这是一个相当大的污染源。染料造成的水污染一直是需要解决的主要环境问题，而磁性吸附剂似乎是解决该问题的有前途的替代品。在此，磁性活性炭通过一步法制备，经过适当表征，并用作吸附剂，用于去除亮蓝色染料。

　　吸附是一种很有前途的技术，可以从废水中去除有色污染物。吸附是有前途的，因为它具有适用于不同场景、易于实施、空间要求低、设计简单、经济可行性和高效率等优点。在吸附操作中，活性炭广泛用于去除水溶液中的无机和有机污染物]。这种吸附剂具有高表面积、孔体积和丰富的表面官能团。同时，利用木质纤维素作为活性炭生产的前体材料是一种可行的替代方案，因为它成本低、可用性好且生态适宜。

　　磁性活性炭的特点

　　SEM图像，放大倍数分别为5000倍和10000倍，分别如图1a、b和图1d、e所示。可以观察到这两种材料都有不规则的表面，存在粗糙度和一些颗粒，以及沿其表面的空腔。此外，活性炭具有更多的空腔，这是所生产的活性炭的表面形态之间观察到的主要差异。这些空腔有利于在吸附过程中的应用，因为它们使亮蓝分子能够穿透吸附剂直至到达孔隙。这种空腔可以由KOH引起的分解形成。

　　图1：(a,b)SEM图像和(c)活性炭1的EDS光谱和(d,e)SEM图像和(f)活性炭2的EDS光谱。

　　磁性活性炭表面的官能团

　　图2显示了活性炭1(图2a)和活性炭2(图2b)的FTIR光谱。可以观察到两种材料在3431、1625和1558cm-1处的谱带。3431cm-1处的谱带可归因于活性炭表面作为官能团存在的醇、酚或羧基的O-H键的伸缩振动，也可归因于吸附水的存在。1625cm-1处的谱带可归因于C=O键。在1558cm-1处，观察到的谱带可归因于活性炭结构芳环的C=C伸缩振动。除此之外，在1034e-1028cm-1处可以分别观察到两种活性炭的的谱带，这是由于醇、酚或羧基中羟基的C-O伸缩振动。

　　图2：(a)活性炭1和(b)活性炭2的FTIR振动光谱。

　　亮蓝染料吸附的动力学曲线

　　研究了初始吸附物浓度为50mgL-1和pH4的两种活性炭的亮蓝染料染料吸附动力学行为。作为时间函数的吸附容量曲线分别如图3a、b所示，分别为活性炭1和2。可以观察到活性炭2获得的曲线的特征在于更快的吸附速率。活性炭2在大约10分钟内达到平衡。对于活性炭1，在大约60分钟内达到平衡。由于活性炭1呈现的较高总孔体积，可以解释这种行为。高孔体积可以通过允许染料分子在孔内更快地扩散到吸附位点来增强吸附动力学。

　　图3：亮蓝染料吸附到(a)活性炭1和(b)活性炭2上的动力学曲线。

　　验动力学数据适用于伪一级(PFO)和伪二级(PSO)模型。可以得出结论，PSO模型更适合代表两种活性炭的亮蓝染料吸附动力学。此外，活性炭2更快的动力学和更高的吸附能力，因为k2和q2对于这种吸附剂，对于活性炭1的相同参数，大约高出两倍。为了进行比较，一些作者证明PSO模型更适合表示阴离子染料吸附的动力学数据。

　　活性炭对亮蓝染料的吸附特性，从吸附研究中，观察到活性炭之间的重要差异。活性炭2表现出更快的动力学并在大约10分钟内达到平衡。另一方面，对于活性炭1，仅在60分钟内达到平衡。对于这两种吸附剂，伪二级模型很好地代表了动力学数据。关于吸附等温线，Sips模型令人满意地代表了数据。此外，活性炭2的最大吸附容量高于1。最后，新研发的活性炭有望用于处理含有亮蓝染料的模拟废水，去除效率分别达到93%和95%。这些结果表明，活性炭是一种很有前途的吸附剂，用于从水溶液中去除亮蓝染料，效率高且易于磁分离。

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