活性炭国家专精特新“小巨人”企业活性炭产学研合作

　　活性炭吸附处理石油污染的土壤

　　本研究探讨了的活性炭在修复油污染土壤中的吸附能力和现场应用。采用两阶段热解和氢氧化钾化学活化法，由生物质制备的活性炭。这项研究强调了孔隙率和碳化程度等结构特性在提高活性炭吸附效率方面的关键作用。

　　活性炭是一种用途广泛、应用广泛的纳米结构材料，用于净化和去除大气、水和土壤中的污染物，提高储能系统的比容量，并支持许多其他应用。与其他材料相比，基于活性炭的吸附剂的优势在于其比表面积明显较大，可达3000m2/g，多孔结构发达，化学稳定性好，能够通过改变官能团的数量和类型来控制表面化学。

　　将活性炭加入土壤中可作为长期的碳储存，延缓其以二氧化碳的形式释放到大气中，这对缓解气候变化的努力做出了积极贡献。另一个优点是，活性炭生产的原材料来自可再生资源和农业工业的有机废物，而这些往往带来环境污染挑战。在一些地区，土壤石油污染是重大的环境挑战，而活性炭在这方面已显示出良好的应用前景。其主要竞争优势包括对石油产品的高吸附能力、对石油和石油物质的有效降解、回收技术的成本效益和快速的回收过程。此外，改性活性炭的生产对环境的危害较小。

　　活性炭样品的结构特征

　　图1a-d显示了来自不同植物来源的活性炭样品的形貌SEM图像。图像突出显示了样品表面结构和孔隙率的明显差异。图1a显示了粗糙的表面，表面具有高密度的不规则、未受干扰的颗粒。大量裂纹和裂缝的存在表明多孔结构发达。图1b显示出类似的多孔形貌，具有广泛的薄膜状结构和大空隙，表明活化和孔隙形成效率高。

　　图1：活性炭结构的SEM图像。

　　相比之下，图1c的表面更加均匀，可见孔隙更少，结构破坏的迹象也更少。圆形图案和光滑区域表明活化作用有限，与较低的微孔和中孔体积相关。这些观察结果与BET分析结果一致，证实了活性炭中存在大孔、中孔和微孔。SEM分析强调了活化方法对来自不同生物质来源的活性炭的形态特征的显著影响。

　　活性炭对烃类吸附的研究及现场应用

　　通过吸附实验研究了活性炭样品在污染土壤修复中的潜在用途。对活性炭对汽油、煤油和柴油的吸附能力进行了评估。在所有样品中，活性炭1的吸附能力最高：汽油为9.3g/g，煤油为9.0g/g，柴油为10.1g/g。这些优异的结果归功于活性炭发达的微孔和中孔结构，氮吸附/解吸等温线就是明证。相比之下，活性炭2的吸附能力中等，石油产品平均为7.0g/g，而其他的吸附能力较低，范围为4.5至5.1g/g。所有样品中柴油的吸附量均高于汽油和煤油，这可能是由于柴油的粘度较高，从而增强了其与碳表面的相互作用。为了在实际条件下验证结果，将活性炭引入受油污染的土壤中，并在处理后8至16天内定期采集样品，以使用重量法估算油含量。图2a显示了土壤样品中的初始和后续油含量。

　　图2：用于现场油收集的各种材料(吸附剂)的特性(a)和土壤中的油含量取决于吸附剂的改性(b)。

　　初始土壤污染为79.2g/kg。经过16天的处理，添加活性炭的土壤中的油含量下降到2.6-3.3%，表明修复率为58.2-67.1%。现场结果与实验室数据一致，表明这些活性炭在石油泄漏的吸附修复过程中是有效的。该研究强调了使用天然植物活性炭进行有效且环保的土壤修复的潜力。活性炭样品的结构和物理化学特性对其吸附能力起着决定性的作用。OSL 中发达的微孔和中孔结构，通过使用BET方法测量表面积和孔体积得到证实，有助于其高吸附能力。这些特性促进了与碳氢化合物(尤其是非极性分子)的增强相互作用，因为表面积增加并且存在π-π相互作用。相比之下，活性炭3和4的中等碳化程度和多孔结构导致吸附容量较低。这些结果与文献数据一致，其中较高的碳化程度与极性分子吸附位点的减少相关，但由于疏水相互作用而增强了非极性分子的吸附。现场应用结果支持实验室结果，突出了这些材料在石油污染环境中土壤修复的实际适用性。

　　实验开始时，指定了两个地块：第一个地块作为受石油污染土壤的对照，而第二个地块用于测试活性炭样品以进行修复。每个地块面积为4平方米(2.0米×2.0米)，每个地块约有50公斤土壤。通过在空气中两阶段热解，用氢氧化钾活化生物质植物残渣产生的活性炭被引入受石油污染的土壤中。施用活性炭后，土壤被适当润湿并通气。处理后8至16天内定期收集土壤样本以评估含油量。土壤样本中的含油量采用重量法测定，包括在索氏提取器中使用热己烷从土壤样本中提取碳氢化合物。

　　图2a为污染土壤中油含量的值。土壤初始石油烃污染度为79.2g/kg或7.9wt.%。将活性炭样品应用于石油污染土壤后，油含量逐渐降低。第8天添加活性炭的土壤样品油含量为5.7-6.7%，第16天为2.6-3.3%。根据土壤样品中的油含量计算出土壤净化度，添加吸附剂的土壤16天后的土壤净化度为58.2-67.1%。试验表明，活性炭样品对土壤表现出较高的净化效果。16天后，石油污染土壤的净化度可达67.71%。

　　在真实的受油污染土壤上进行的现场试验强调了利用基于生物质植物残渣的热解植物衍生活性炭的有效性。图2b显示了在阿特劳地区石油生产企业领土上进行现场工作期间，每隔一定时间(16天)用生物吸附剂清洁污染土壤时测得的含油量值。在第16天加入未经改性的吸附剂的土壤样品中，吸油量为1.7-4.1g/g。根据土壤样品中的含油量计算出土壤净化程度，16天后加入改性吸附剂的土壤的净化程度为3.0-4.3g/g。

　　活性炭吸附处理石油污染的土壤的这项研究成功证明了从植物残渣中提取的活性炭作为修复石油污染土壤的有效药剂的潜力。结果表明，活性炭对碳氢化合物表现出优异的吸附能力，这归因于其广泛的微孔和中孔结构。这一发现与实验室测试和现场应用一致，其中使用活性炭可显著降低石油污染水平。这些结果强调了结构特性(例如孔隙率和石墨化程度)在提高活性炭吸附效率方面的重要作用。

本文链接：http://www.hyhxt.net/hangye/hy1296.html

查看更多分类请点击：公司资讯    行业新闻    媒体报导    百科知识