活性炭国家专精特新“小巨人”企业活性炭产学研合作

　　活性炭改性后高效去除废水中的镍

　　镍(Ni)是一种有害重金属，存在于塑料电镀、选矿、皮革鞣制、油漆和电池生产、金属表面处理以及搪瓷行业等各个行业的废水中。本期使用硫酸铜-氨络合物一水合硫酸四氨铜(II)([Cu(NH3)4]SO4·H2O)作为改性剂处理活性炭。研究并比较改性活性炭与活性炭对废水中的镍处理的效果。

　　活性炭特性检测方法

　　活性炭和改性活性炭的孔结构和表面积均通过表面积分析仪进行吸附/解吸评估。使用元素分析仪分析元素组成(C、O、N、H等)。衍射仪评估结晶度。使用傅里叶变换红外光谱在400cm-1至4000cm-1范围内采用KBr颗粒法分析活性炭的表面化学官能团。通过射线光电子能谱仪使用MgKα辐射分析活性炭的C、O态和Ni(II)吸附态，光谱归一化为C1s，284.60ev。使用Boehm滴定法定量酸性和碱性官能团，并通过pH漂移法测定零电荷点(pHPZC)。

　　批量吸附实验

　　批量实验探讨了初始浓度(20–100mg/L)、接触时间(0–720分钟)、pH值(2.5–8)和离子强度(0–500mM)对Ni(II)吸附的影响氯化钠)。将指定量的活性炭加入到150mL密封锥形烧瓶内的50mL/Ni(II)溶液中，并在控温摇床中以200rpm和25℃搅拌。48小时平衡吸附后，使用0.45μm滤膜过滤样品。通过PQ9000电感耦合等离子体发射光谱仪对吸附前后Ni(II)的浓度进行定量。通过将活性炭(0.6g/L)与30mg/LNi(II)溶液混合，然后取样、过滤、和测量。

　　活性炭的理化性质

　　Ni(II)的吸附效率直接受到吸附剂的结构和化学性质的影响。活性炭和改性活性炭均表现出显着的孔结构特征(图1a)。根据N2吸附/解吸等温线，活性炭的分类属于IV类，表明其具有介孔结构，孔径范围约为2nm至20nm。然而，孔径为2~5nm的[Cu(NH3)4]-改性活性炭的结构属于I型等温线，通常用于描述微孔吸附剂上的吸附。类似地，活性炭表面的空心结构减少，转变成更小的结构。孔隙结构。与改性活性炭相比，活性炭具有更大的比表面积和总孔体积。改性后活性炭炭的孔体积和孔径分别降低了3.63%和5.37%。改性后孔径、比表面积和孔体积的减小可归因于改性过程中[Cu(NH3)4]SO4与活性炭表面分子的相互作用，导致孔堵塞。

　　图1：活性炭和改性活性炭的表征：(a)孔径分布和氮气吸附-解吸等温线;(b)通过Boehm滴定进行表面官能团分析;(c)Ni(II)吸附前后的FTIR光谱。

　　进行元素分析以确定改性前后元素组成的变化。对于活性炭，发现元素组成为63.08%C、33.23%O、2.43%H和1.08%N，而对于改性活性炭，相同元素的百分比为52.32%C、43.19%O、2.24%H和2.10%N分别。(改性过程使C含量降低了10.76%，这是由于相对氧和氮含量的增加造成的。改性活性炭的O/C比(0.83)远高于活性炭的O/C比(0.53)，这表明改性增加了[Cu(NH3)4表面的氧负载量。富氧官能团可改善重金属吸附并增强活性炭的亲水性。用于改性的[Cu(NH3)4]SO4在热解过程中会产生NH3。改性后相对氮含量由1.08%提高到2.10%。氮官能团还提高了活性炭的亲水性和吸附能力。

　　吸附机制

　　根据前面的表征和批量实验结果，确定了多种吸附机制，包括表面络合、阳离子交换和静电相互作用。与含氧和含氮官能团的络合了解氧和氮官能团对Ni(II)吸附的关键影响，我们使用FTIR分析了活性炭和改性活性炭表面官能团吸附前后的变化。活性炭和改性活性炭吸附前后的XPS调查光谱表明C和O的显着存在。具体而言，对于O1s光谱，-C-OH和-C-OH的比例改性后的-COOH官能团分别从30.97%增加到51.27%和从17.24%增加到21.31%，与滴定结果一致。Ni(II)吸附后改性活性炭中-C=O和-COOH的分数从27.42%减少到19.35%，从21.31%减少到7.16%，分别。这种减少表明这些官能团与Ni(II)形成络合物，从而增强了吸附能力(图2)。同时改性活性炭的O1s结合能(BE)略有降低，表明氧原子在吸附过程中作为电子供体的作用。

　　图2：Ni(II)在活性炭上的吸附机理。

　　活性炭改性后高效去除废水中的镍，用了一种新的改性方法来制备活性炭。改性剂为硫酸四氨合铜(II)一水合物([Cu(NH3)4]SO4·H2O)。活性炭通过吸附有效去除水中的Ni(II)。与未改性的活性炭相比，活性炭的改性导致比表面积和总孔体积降低，而改性导致比表面积和总孔体积增加氧和氮的存在，表明含O和含N官能团的结合。改性活性炭相对于活性炭表现出优异的吸附能力。值得注意的是，改性活性炭表现出强大的缓冲能力和对pH变化的适应性。Ni(II)在活性炭上的吸附机制包括表面络合、阳离子交换和静电相互作用。本研究概述了一种经济有效的方法来制备用于吸附废水中Ni(II)的活性炭，并阐明了潜在的吸附机制。

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