活性炭国家专精特新“小巨人”企业活性炭产学研合作

　　文章介绍本期研究的水处理厂使用活性炭和在空气，水蒸气和二氧化碳气体条件下改性后的活性炭去除氯霉素的可能性。氯霉素被认为是水体环境的污染物，因为它们具有高生物活性，持久性和对生物累积的敏感性，导致生物降解较慢。在传统的废水处理方法通常对这些污染物效果不佳。另一个问题是它很容易被检测出导致水处理不达标，所以我们需要开发一种能去除它的方法。

　　我们研究分析了从水和污水中去除这些特定污染物的不同方法。因此，已经测试了许多污水去除技术，包括光催化，化学氧化，光降解，膜过程和活性炭上的吸附。分析表明，污水，地表水和饮用水中存在抗生素存在问题。因此，建议对从水和污水中去除这些化合物的方法进行研究。在对于活性炭上吸附抗生素(包括氯霉素)的问题。需要专注于新的活性炭生产。然而，分析使用工业规模制造并已用于废水处理和水处理的活性炭的可能性或提出改进这些活性炭的方法也很重要。所以本期研究方向1.评价活性炭性质对氯霉素吸附效率的影响，2.评价溶液的pH对吸附效率的影响，3.选择氯霉素吸附等温线方程并确定容量值，4.评价活性炭的高温改性对吸附效率的影响。

　　研究中使用的活性炭

　　对用于水处理的五种市售活性炭进行氯霉素吸附试验。这些包括粒状活性炭，椰壳活性炭，果壳活性炭，粉状活性炭与柱状活性炭(原材料各不一样)。

　　活性炭的改性

　　活性炭在回转窑中在空气，蒸汽或二氧化碳气氛中在400℃下在空气，蒸汽或二氧化碳气氛中在800℃下进行改性。改性在1小时内进行。用来自空气，二氧化碳或水蒸气的氧气改性活性炭导致在碳表面上形成酸性氧官能团。在800℃下用水蒸气或二氧化碳氧化或活化活性炭​​导致形成碱性官能团。所提出的改性方法允许获得表面的不同化学特性的吸附剂。在改性之前，用蒸馏水漂洗活性炭几次。将碳在回转窑中在400或800℃的温度下改性1小时(图1)。

　　图1：活性炭高温改性的试验台。

　　活性炭的研究

　　通过Boehm方法和傅里叶变换红外(FTIR)光谱分析活性炭的化学性质，测定碱性和酸性官能团。该方法包括用不同功率的碱和碱性基团选择性中和酸官能团。

　　活性炭于氯霉素吸附动力学

　　分析了在研究中使用的所有活性炭上从液中吸附氯霉素的动力学。假设当2小时期间浓度的变化小于初始浓度的0.5%时，发生达到吸附平衡的时间。吸附研究进行10小时，每0.5小时分析一次浓度(图2)。发现当时使用的所有活性炭都建立了吸附平衡。

　　图2：氯霉素在活性炭上的吸附动力学。

　　工艺条件的影响

　　分析了活性炭对吸附剂用量和pH值溶液对氯霉素吸附水平的影响。由于改变吸附剂和吸附物的性质的可能性，溶液的pH值可能对吸附过程产生影响。氯霉素在pH低于2且高于9时水解。发现溶液的pH对氯霉素吸附效率的影响对于该参数而言不太重要(图3)。与接近中性(pH=6和8)的溶液相比，从酸性(pH=2和4)和碱性(pH=10)溶液获得略微更好的吸附结果。pH=6和8的溶液的较低吸附可能表明静电相互作用是吸附机制之一。pH值对吸附水平的影响是微不足道的，但它可能表明在从不同pH的溶液吸附过程中具有决定性作用的各种机制。由于羟基的离解，氯霉素溶于水，具有正电荷。在碱性溶液中可以更强烈地吸引活性炭的带负电荷的表面。在低pH下，氯霉素分子中的硝基与活性炭的带正电荷的表面之间的供体-受体机制可以是决定性的。其他负责吸附氯霉素的机制可能是电子受体苯环与活性炭电子供体表面羰基之间的相互作用和活性炭π电子与氯霉素芳环中π电子之间的π-π相互作用。活性炭对氯霉素的吸附机制取决于溶液的pH值。

　　图3：溶液pH对在活性炭吸附氯霉素的影响。

　　氯霉素在改性活性炭上的吸附

　　活性炭在400和800℃的温度下的改性在分数技术规模制备的试验台上进行。为了表征改性活性炭，确定了以下内容：比表面积和多孔结构，酸和碱官能团的数量，FTIR光谱。活性炭的改性导致比表面积，微孔体积和通过Bohem方法测定的酸和碱基团数的增加。然而，这些差异并不大，可高达百分之几。对于在400℃下改性的活性炭，酸基团的数量增加，而在800℃下，该数量减少。还观察到FTIR光谱的微小变化。在所有改性的活性炭上，氯霉素吸附高于未改性活性炭(图4)，基本是未改性活性炭的两倍。

　　图4：氯霉素吸附在改性活性炭上的等温线。

　　实验结论

　　1.市售的常规污水处理活性炭可用于从水中除去氯霉素，因为它们具有相当高的吸附能力。

　　2.根据其吸附容量，活性炭的顺序与它们的顺序一致，即根据孔的总体积和微孔和中孔的总体积。这表明体积孔隙填充现象的重要性。

　　3.还发现了pH对活性炭的吸附效率的不显着影响。观察到与接近中性的溶液相比，酸性和碱性溶液的吸附更好。大量吸附是从pH=2的溶液中获得的，但与pH=6的溶液的吸附相比，所获得的吸附容量仅高9%。

　　4.对于氯霉素，活性炭经过一些列改性，具有更高的吸附能力。对于在800℃下在二氧化碳气氛中改性的活性炭，获得了较高的单层容量，并且几乎是未改性活性炭的两倍。在800℃下改性的活性炭的特征在于增加的比表面积，微孔体积和碱性的需氧基团数量的增加。

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