活性炭国家专精特新“小巨人”企业活性炭产学研合作

　　从纺织，皮革，造纸和塑料工业排放到环境中的染料流出物给许多环境和生活带来了严重的问题。从环境中去除有毒染料是一项重要挑战。理想情况下，清除过程必须简单，有效且便宜。已经提出了几种从废水中除去染料的方法。这些方法包括生物和物理化学过程然而，吸附过程已被证明是一种有效和可靠的染料去除方法。用于控制水污染的吸附处理的主要优点是在初始开发成本，简单设计，易操作，不产生有毒物质以及吸附剂和吸附材料的简单和安全回收方面投入较少。活性炭广泛用作废水处理中的吸附剂，能够吸附流出物中的阳离子和阴离子污染物。本篇介绍了活性炭作为吸附剂从水溶液中去除刚果红染料的潜在用途。

　　由农业废弃物中的木质素制备的含氧基团的活性炭在染料离子吸附中起到重要作用，所以我们研究了不同参数中活性炭对刚果红的吸附效果。

　　两种实验材料的准备

　　刚果红(一种重氮染料)被用作模拟工业废水的替代指标，以评估活性炭在目前工作中的吸附能力。CR的分子结构如图1所示，刚果红含有-NH2和-SO3官能团。在无机酸存在下，CR的颜色从红色变为蓝色。颜色的变化是由于带电规范结构之间的共振。红色在5-10的pH范围内稳定。通过用蒸馏水溶解CR制备储备溶液(500mg/L)。通过用蒸馏水稀释储备溶液至所需浓度获得工作溶液。

　　活性炭的制备将50克木质素和50克CH3 CO2 K混合，得到1：1(重量)的比例。加入足以润湿该混合物(200mL)的蒸馏水，充分混合，并在室温下静置24小时。然后，将其在105℃下干燥24小时，并在马弗炉中在450℃碳化1小时。用蒸馏水洗涤碳化样品，得到6.8-7的pH值。将其在100℃下烘箱干燥，最后将制成的活性炭包装在密闭容器中以备进一步使用，图2根据SEM显微照片显示木质素和活性炭的形态。

　　实验方法

　　使用活性炭吸附剂进行CR的吸附研究。使用一组烧瓶进行批量实验，所述烧瓶含有已知量的吸附剂(50mg)和预定体积(每个烧瓶中25mL)的染料溶液，固定的初始浓度(50mg/L)用恒定的溶液pH。然后将烧瓶置于振荡器中，转速为220转/分钟，温度为25℃。以特定的时间间隔检查样品，并在平衡下过滤溶液以确定平衡浓度。通过改变初始CR浓度(从20至120mg/L)，在25℃下pH=3并且吸附剂的量等于50mg来进行动力学研究。接触时间在0到420分钟之间变化。在预定的接触时间后，从振荡器中取出样品并过滤，并使用分光光度计在497nm下测定残留的CR浓度。

　　活性炭的吸附机制

　　吸附剂表面特征在吸附过程中起着重要作用。活性炭在其表面上含有具有酸性和/或碱性特征的官能团。虽然染料溶液的pH值，温度和浓度会影响整体吸附行为和机理，但这些基团会对染料的吸附过程产生影响。然而，随着pH的增加，活性炭的表面电荷密度会降低。活性炭表面上存在的羟基可以获得或失去质子，导致表面电荷的变化随着pH值的变化而波动。水溶液中CR的颜色在pH约为7时为固体红色，CR的颜色在酸性pH下变为深蓝色，在碱性pH(10-12)时变为红色，但该红色与原始红色略有不同。中性pH值。CR在碱性pH(磺酸盐基团)下以阴离子形式存在，在酸性pH下以阳离子形式存在。在酸性溶液中，CR离解成极性基团(R-SO 3-)。酸性介质有利于CR吸附在活性炭上，因为活性炭表面似乎在其表面呈阳性，这引起其表面与R-SO 3-之间的静电相互作用。图3表明所提出的CR吸附在活性炭上的机理。

　　解吸和再利用

　　解吸研究通常用于阐明吸附机理和回收耗尽的吸附剂。进行解吸实验以找到合适的pH解吸条件。吸附满载的活性炭随着解吸剂pH的增加，吸附着刚果红的活性炭在第一次解吸循环中的CR解吸效率。用中性蒸馏水解吸的活性炭只获得了低解吸效率9.06%。但在碱性pH下获得解吸效率提升。当pH从3.2变为12时，解吸从0.66缓慢增加到42.4%。为了比较解吸研究中不同溶液的效率，将溶质浓度设定为0.01M(去离子水除外)。如果附着的染料分子被去离子水解吸，则解吸很弱。否则，如果它被碱性溶液解吸，吸附主要是静电相互作用和吸附过程中的氢键。根据图4氢氧化物溶液是比较好的(解吸率为95.22%)，盐酸溶液，氯化钠溶液和去离子水在本研究中解吸CR分子效率低。

　　该研究给出了活性炭对刚果红吸附和解吸的方法过程。通过乙酸钾的化学活化在碳表面上引入含氧官能团，并且官能团在染料吸附中起重要作用。批量实验研究表明，吸附过程足够快，因为在接触时间的180分钟内吸附饱和，并且在酸性溶液中染料的去除效率得到改善，染料的吸附随着初始染料浓度的增加而增加。经过这一系列的研究发现活性炭的吸附主要归因于碳键合和染料种类与碳表面上的含氧官能团之间的静电相互作用。

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