活性炭国家专精特新“小巨人”企业活性炭产学研合作

　　水中有重金属的存在被认为是无机污染的一部分，由于其对环境的有害影响所以需要处理好再排放。为了选择性吸附各种金属阳离子，如Fe，Zn和Ca离子等。我们研究了从木质纤维素残渣碳化得到的低成本的吸附剂经过简便制备和改性制成活性炭。用来处理水溶液的Ca 2+和Zn 2+等净水阳离子。用高锰酸钾和硝酸对活性炭表面进行改性，以提高吸附效率。通过研究制备的活性炭的物理化学性质，测试每种金属阳离子的吸附容量，来判断新制成的活性炭的可以用性。

　　本期使用制备和改性活性炭的方法如下：

　　物理活化：将活性炭在400-600℃下加热1-5小时。这里，应该提到的是，例如，在500℃下活化1小时的活性炭表示为普通活性炭。

　　硝酸活化：将活性炭与浓盐酸混合。硝酸并在100℃下回流4小时。从该过程获得的样品表示为硝酸活性炭。

　　高锰酸钾活化：将活性炭与高锰酸钾混合，并在环境温度下搅拌4小时。从该过程获得的样品表示为锰改性活性炭。

　　硝酸+高锰酸钾活化：将活性炭与两种活化剂混合，并在环境温度下搅拌4小时。从该过程获得的样品表示为双改性活性炭。

　　观察到经由SEM(图1)。可以看出，活性炭的表面形态是光滑的，而锰改性活性炭的表面形态是粗糙和不均匀的(弯曲的花瓣状壁)。在阳离子金属吸附过程之后，在该研究中未发现锰改性活性炭的表面形态的显着变化。此外，还通过SEM-EDS观察到金属物质的存在。在改性活性炭上未发现块状二氧化锰颗粒，表明二氧化锰颗粒尺寸非常小并且很好地分散在活性炭表面上。此外，在进行吸附处理后，也确认了Mn，Fe，Ca，Zn等金属种类的存在。

　　图1：是铁离子吸附过程后几种活性炭的SEM图像。

　　pH对活性炭吸附金属阳离子的影响

　　使用锰改性活性炭后，pH对Fe 3 +，Fe 2 +，Ca 2+和Zn 2+吸附的影响在图2显示。锰改性活性炭吸附金属阳离子的能力随着溶液pH的增加而增加。在pH值较低的溶液中，应存在大量的H 3 O +，这可能会导致系统干扰，导致锰改性活性炭的吸附效率低。这里应该提到的是，在低pH值下，H 3 O +可能与二氧化锰反应(碱性)存在于活性炭上，导致对金属阳离子的吸附能力降低。换句话说，随着pH值的降低，锰改性活性炭的表面负电荷密度降低，带正电的金属阳离子和吸附剂表面之间的静电排斥也被膨胀，这可能导致吸附容量的降低。此外，还发现当溶液中的pH值> 7时，Fe 3 +，Fe 2 +，Ca 2+和Zn 2+的吸附容量持续增加。这表明这些离子可能与OH -反应形成Fe(OH)3，Fe(OH)2，Ca(OH)2和Zn(OH)2沉淀在pH>7。因此，高的Fe 3+，Fe 2 +，Ca 2+和Zn 2+在pH>7的吸附能力没有使用地磁观测网造成的。这里，每种金属阳离子的吸附容量差异很大，可能是由于离子尺寸，稳定性和其他因素的不同影响。基于这些结果，当使用锰改性活性炭作为吸附剂进行进一步研究时，没有必要调节离子溶液的pH值。

　　图2：pH对高锰酸钾改性活性炭吸附金属阳离子的影响。

　　金属阳离子解吸的影响因素

　　使用锰改性活性炭对Fe 3 +，Fe 2 +，Ca 2+和Zn 2+的解吸效率在图3显示。当体积硝酸增加时，图形上观察到Fe 3 +，Fe 2 +，Ca 2+和Zn 2+的解吸百分比增加，表明大量存在硝酸可以拆除具有孤对电子和四种金属阳离子的官能团之间的吸引力。这表明用硝酸洗涤后，废吸附剂很容易再生解。然而，在使用高浓度的硝酸的情况下，也可能发生金属阳离子和锚定的二氧化锰从活性炭表面的同时解吸附。在纯水的情况下，因为没有显着检测到来自锰改性活性炭的Fe 3 +，Fe 2 +，Ca 2+和Zn 2+的解吸，即使其量为调节纯水。这表明金属阳离子和锰改性活性炭之间的吸引力非常强。因此，选择硝酸作为适用于Fe3 +，Fe 2 +，Ca 2+和Zn 2+解吸的化学品。

　　图3：使用不同体积的硝酸从锰改性活性炭中解吸金属阳离子。

　　成功地制备和改性了活性炭对金属阳离子的吸附。发现活性炭有利于吸附极性Fe 2+分子，而非极性分子吸附在普通活性炭上，这是由于吸附剂表面的极性不同。锰改性活性炭表现出比硝酸改性活性炭更好的金属阳离子吸附性能，表明羧基和二氧化锰在表面上的贡献。Fe 3 +，Fe 2+吸附在锰改性活性炭上的Ca 2+和Zn 2+可以很容易地用硝酸溶液解吸，用于再生过程。pH范围为约6至7适合于吸附所有金属阳离子锰改性活性炭的吸附容量比普通活性炭多一倍。该研究有利于使用锰改性活性炭可以真正应用于废水处理的实际过程。

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