活性炭国家专精特新“小巨人”企业活性炭产学研合作

　　活性炭明胶复合材料吸附铅离子，农业和化学工业，采矿和金属加工等许多工业在环境中释放出过量的铅离子，铅过量会对人类和动物有害。因此，有必要在含铅废水排放到环境之前对其进行处理。活性炭对重金属离子的吸附已得到广泛应用，因为活性炭具有多孔结构，具有非常高的表面积，高容量和高吸附速率，对有机物质和重金属离子之拥有良好的吸附性能。

　　本期我们介绍活性炭和明胶的组合，用于从水溶液以及实际废水样品中吸附污染物。明胶是一种可生物降解的聚合物，来自各种动物副产品的胶原蛋白。最近，使用由动物组织的蛋白胨制备的明胶和粉末活性炭制成活性炭明胶复合材料，通过增加活性炭的量与明胶的比例来研究铅离子的吸附。在各种条件下进行批量平衡和动力学实验以评估和优化吸附效率。此外，研究了活性炭明胶复合材料从水溶液中去除铅离子的吸附行为。

　　实验测试中的几种方法

　　一、批量动力学实验。

　　动力学实验在50，300，和500毫克升的浓度-1的铅离子溶液中进行。通过使用0.1M HCl和NaOH溶液将铅溶液的初始pH调节至5.5。将0.15g活性炭明胶复合材料加入到含有50ml铅离子溶液的连续摇动的容器中。通过使用注射器以预定的时间间隔取出1ml溶液的样品，并通过原子吸收分光光度法分析铅浓度。

　　二、批量平衡实验。

　　进行批量平衡实验，得到平衡等温线，研究接触时间，铅离子初始浓度，活性炭明胶材料的用量和溶液pH。将0.15g活性炭明胶复合材料的量加入50ml铅离子溶液中，并将混合物置于旋转振荡器中24小时。然后分析上清液的铅离子浓度。所有实验一式三份进行，并报告平均值。为了研究pH的影响，通过使用0.1M HCl和NaOH溶液将溶液的初始pH和最终pH调节至1.5至5.5之间的值。通过原子吸收分光光度法分析铅离子浓度。

　　活性炭明胶复合材料的特性

　　通过扫描电子显微镜(SEM)获得活性炭明胶复合材料的外表面。元素组分的分布可以使用扫描电子显微镜与能量色散X射线光谱(SEM/EDX)的映射分析进行分析，使用扫描电子显微镜，分别表征活性炭明胶复合材料中的形态和元素组分。通过BET表面积测量，发现活性炭明胶复合材料的窄孔径分布和3.25nm的平均孔径。该结果表明该吸附的珠粒为中孔(2-50nm)。零电荷点为4.5表明盖该材料的表面性质是酸性的。图1(a)和(b)中的SEM照片以20×和200×放大倍数拍摄，分别观察形状和表面形态。SEM图像显示直径约4 mm的球形珠(图1(a))。在更高的放大倍数下，还观察到显示出许多孔的粗糙表面。

　　图1.(a)珠粒尺寸和(b)活性炭明胶复合材料外表面的SEM照片。

　　图2图1显示了吸附铅离子之前和之后(b)的活性炭明胶复合材料的EDX点映射。它可以提供元素分布映射的指示。蓝色亮点表示吸附在活性炭明胶复合材料上的铅离子，如图2(b)所示。分布在吸附剂表面的高密度蓝点表明铅离子的吸附效果。

　　图2.吸附铅离子之前和(b)活性炭明胶复合材料吸附之后(a)的EDX点映射。

　　pH对活性炭明胶复合材料吸附剂吸附铅离子的影响

　　溶液pH影响吸附剂表面上官能团的离子状态，因此预期吸附是溶液pH依赖性的。通过评估在1.5-5范围内的不同溶液pH下的吸附容量来研究该效果，结果显示在图3中。没有进行超过初始pH值5.5的实验以避免铅离子沉淀。从图2中可以看出活性炭明胶复合材料吸附剂的吸附容量(qe)随溶液的pH值的增加而增加。在pH 2和3之间观察到qe的最大增加，而在pH 4附近达到平台。这些结果表明活性炭明胶复合材料吸附剂适用于酸性废水的处理。在低pH范围内，H+的浓度高，这促进了吸附剂官能团的质子化，导致其带正电，从而导致带正电的铅离子的静电排斥。此外，在低pH值下，氢离子与铅离子竞争吸附位点。

　　图3.pH对活性炭明胶复合材料对铅离子吸附的影响。活性炭明胶复合材料剂量0.15g/50ml，温度23±2℃，铅浓度(a)50mgl-1和(b)200mgl-1。

　　本研究得到的吸附结果表明，由粉末活性炭和明胶组合得到的吸附剂可以作为从废水中回收铅离子的实用吸附剂。活性炭明胶复合材料是一种高效且环保的吸附剂。在测试中发现，即使在低初始浓度下，活性炭明胶吸附剂对铅离子吸收率也很高，浓度分布遵循伪二级动力学模型。发现吸附容量是溶液pH依赖性的，在较高pH范围内获得较高的容量。研究测试中得到的最高吸附效率为约90%。因此，活性炭明胶复合材料似乎非常适合从废水中去除铅离子。

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