活性炭国家专精特新“小巨人”企业活性炭产学研合作

　　如今对于含油废水各种处理方法可分为五类：溶解空气浮选，机械分离，化学，物理化学和生物学方法。这些技术可能对大规模或一定浓度的油污染效果不错。但是仍然存在一些限制因素，如对环境的二次污染，高成本和涉及的复杂操作过程。吸附工艺在活性炭处理含油废水中的应用是一种很有前途的替代处理方法。活性炭是广泛使用的吸附剂材料，不仅能吸收有机染料，而且还可用于处理油污染。已经有人研究出使用简易制备的碳泡沫从水溶液中除去乳化油，活性炭对柴油吸附脱硫的影响等。这些研究都证明了活性炭作为吸附剂去除有机污染物的巨大潜力。

　　我们这次对含油废水处理活性炭材料的研究，采用活化剂浸渍并改性生物壳类材料制成活性炭，测试了从含油废水中去除柴油的新潜在应用。并使用扫描电子显微镜研究了原材料和改性后活性炭的结构特征，和使用XRD和FTIR分析了所制备样品的晶体结构和光学性质。最后测试了活性炭的吸附热力学和吸附动力学作为废水中有机污染物去除潜力的评价。

　　生物壳类材料制成的活性炭结构表征

　　原材料的的微观结构显示出纤维状结构，并且其表面是不均匀的布置松动(图1的a，b)。煅烧后原料的层状多孔结构明显。孔径均匀且松散(图1c，d)。经活化剂活化后，活性炭表面呈现剥落和分层结构，有许多凹陷，凹陷和裂缝，促进了表面积的增加(图1e，f)。这可能是由于经过活化后的活性炭的表面。

　　图1：(a，b)原材料的SEM图像(c，d)炭化原材料(e，f)活化后的活性炭。

　　活性炭对含油废水中吸附柴油的实验

　　吸附剂用量的影响：采用炭化原材料和活化改性后的活性炭0.1~0.5g，固定pH值，初始柴油浓度，吸附温度为7,100 mg/ L，30℃，研究了活性炭用量对柴油吸附的影响。观察到当每种吸附剂的质量为0.2g(S/L比=1：1000)时，吸附剂达到吸附剂吸附的最高量的柴油(图2a，b)。当吸附剂量高于该值时，柴油的去除率开始下降。随着吸附剂质量的提高，柴油去除率的增加可归因于吸附剂表面积的增加和可吸附吸附位点的数量。柴油去除率的降低可能是由于许多因素造成的，例如溶质的可用性，结合位点之间的干扰，静电相互作用以及由于溶液中高活性炭浓度导致的混合减少。

　　图2：吸附剂用量对柴油吸附的影响：(a)炭化原料(b)活性炭。

　　pH值的影响：吸附研究中最重要的因素之一是培养基pH的影响。根据吸附剂的用途，不同的物质表现出不同的pH范围。pH值对活性炭平衡吸附柴油的影响如图3所示。当吸附剂的pH值从2增加到10时，吸附剂用量，吸附剂温度和接触时间分别为0.2g，30℃和240秒。在酸性条件下，发现吸附容量随pH增加而增加。当pH为7时，吸附容量达到最大值。当pH值继续升高并且溶液系统变为碱性时，吸附容量下降。这些结果表明，碱性和酸性环境不适合生物炭的吸附过程，活性炭吸附柴油的最佳pH值为7。这种变化可通过溶液中质子数量的变化来解释。和油乳液的稳定性。强烈的酸性导致油脂聚结，随后增加油滴的大小。由于初始pH>7，由于酸性物质的存在，柴油的溶解度增加，这使得柴油难以吸附在活性炭上。随着初始pH的增加，过量的羟基离子和柴油竞争溶液中的活性吸附位点。

　　图3：溶液pH值对柴油吸附到活性炭的影响。

　　吸附等温线：吸附等温线对于描述溶质如何与吸附剂相互作用非常重要，并且对于优化吸附剂的使用至关重要。Langmuir等温线假定单层吸附在含有均匀策略和吸附的有限数量的吸附位点的表面上，而在表面平面内没有吸附物的迁移。图4显示了柴油在所制备活性炭上的平衡吸附等温线。从图中可以看出，与炭化原料相比，活性炭的吸附等温线更接近直线。随着柴油溶液浓度的增加，活性炭对柴油溶液的吸附能力不断增加。当柴油浓度为500 mg/L时，活性炭达到最大吸附量。然而，当柴油溶液浓度达到400 mg/L时，炭化原料的吸附容量增加缓慢。可能是柴油颗粒覆盖了材料的表面，导致吸附速率降低。从图4中可以清楚地看出，活性炭的吸附能力明显强于炭化原料。

　　图4：柴油在活性炭上的吸附等温线。

　　我们使用生物壳类材料经过几道工序制成了活性炭，作为从含油废水中去除柴油的有效果的吸附剂，具有很大的潜在应用。吸附实验表明，吸附温度，接触时间，初始pH值和吸附剂用量对活性炭吸附柴油的性能影响很大。目前对吸附动力学的研究表明，具有介孔结构的活性炭具有较高的柴油吸附能力。是因为其高比表面积，优异的孔体积和具有官能团的独特表面特征，例如羟基(-OH-)和羧基(-COO-)等。吸附等温线实验结果表明，所制备的活性炭的实际吸附过程被解释为多层吸附。因此，拥有低成本和高效的活性炭是可能具有吸收水中的油污染物的巨大潜力。

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