活性炭国家专精特新“小巨人”企业活性炭产学研合作

　　纸浆，纺织，印刷，塑料和化学工业非法排放造成的水污染对环境危害很大，在这些工业废水中广泛存在各种染料和颜料。孔雀石绿是一种常用的阳离子染料，用于现代印染，以及针对性的水产养殖。但是它难以在环境中自然降解，而且对环境有害所以需要去除。但是普通的吸附材料去除效果不太好，我们开发了一种易于合成的可回收磁性活性炭复合材料，该复合材料使用活性炭负载铁基金属制成，可用于从水溶液中吸附和去除孔雀石绿。下面我们来测活性炭的性能。

　　铁基原料和制成的活性炭表征

　　合成的铁基原料和活性炭通过SEM，氮吸附-脱附。通过SEM表征铁基材料(图1A)和退火磁性活性炭(图1B)的形态。活性炭的尺寸大于铁基原料纳米晶体，表明铁纳米晶体的结构在热解过程中被破坏并重结晶。同时，高分辨率透射电子显微镜图像进一步证实了活性炭颗粒的形成，并显示了活性炭颗粒的微观结构。在图1C中，活性炭颗粒呈现出具有铁纳米颗粒嵌入在光场对比的不同碳层中，表明碳层是通过破坏先前框架的有机链接而产生的。同时，铁簇在热解过程中被氧化，这有助于活性炭的磁性。从图1D可以推断，铁纳米颗粒在结构上是均匀的，具有晶格条纹。

　　图1：铁材料(A)和活性炭(B)的SEM图像，活性炭的高分辨率透射电子显微镜图像(C和D)。

　　活性炭对孔雀石绿的吸附实验

　　将制备的活性炭用作吸附孔雀石绿的吸附剂。批量实验在10mL小瓶中操作。在超声波处理下将活性炭(10.0±0.2mg)分散在孔雀石绿溶液(各5mL，浓度为25-300mg L-1)中10秒，然后在培养箱振荡器中进行。用化学试剂将孔雀石绿溶液pH预先调节至3-9。吸附在黑暗中进行，并且使用永磁体以不规则的时间间隔方便地分离上清液用于动力学研究。为了研究在不同温度(25-50℃)下的热力学平衡，通过保持孔雀石绿的吸附静态方法60小时。不添加活性炭的对照实验在相同条件下进行。所有批次实验一式三份进行。所有的样品立即使用永磁体分离，并且孔雀石绿在上清液的吸光度通过UV分光光度计。为了探索活性炭的再生，进行了解吸实验。吸附孔雀石绿满载的活性炭(10.0mg)用不同的有机溶剂如丙酮，乙醇和乙腈在超声条件下洗脱60分钟，并且使用5mL溶剂两次用于再生吸附剂。

　　离子强度的影响

　　染料废水含有各种盐类和金属离子，影响活性炭的吸附效率。在图2中可以观察到孔雀石绿对活性炭的吸附能力受盐浓度的显着影响。当NaCl浓度为0.02mol L-1时，吸附容量意外降低。然而，在将盐浓度增加到0.10mol L-1的同时，这种负面影响将变得可以忽略不计。如上所述，静电相互作用可能在吸附过程中起关键作用。

　　图2：离子强度的影响。

　　再生和重复使用活性炭

　　活性炭的回收和再利用是在实际应用中需要考虑的关键因素。因此，我们调查了活性炭的恢复和可重用性。通过外部磁体很容易将活性炭与水溶液分离(图3A和B)。通过使用乙腈，乙醇和丙酮作为洗脱液辅助超声来再生装载孔雀石绿的活性炭。乙腈的解吸效率优于乙醇和丙酮，解吸效率分别为90.2%，35.7%和71.3%(见图3C)。活性炭在解吸和再生后是稳定的。此外，六个循环后没有明显的吸附效率损失(图3D)。对活性炭的快速吸附，大吸附容量和良好的可重复使用性促使我们研究其实际应用。将活性炭分散在含有加标孔雀石绿(25mg L-1)的废水中。在用外部磁体快速吸附和分离活性炭后获得澄清的上清液(图3A和B)。结果表明，活性炭是一种经济有效的高性能吸附剂，用于孔雀石绿吸附和去除废水。

　　图3：未加标(A)和加标(B)孔雀石绿废水中活性炭吸附性能的照片，解吸溶液(C)的影响和活性炭的可重复使用性(D)。

　　通过 铁基材料的热解合成的活性炭，并用作有效且可回收的吸附剂以从水中除去孔雀石绿。吸附动力学符合伪二级模型。吸附是自发的，吸热和有利的。吸附进行得很快并且表现出大的吸附容量和优异的可重复使用性，这使得它有利于从水溶液中实际除去孔雀石绿。

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