活性炭国家专精特新“小巨人”企业活性炭产学研合作

　　四聚乙醛是一种有机化合物，用来处理农作物上的蜗牛和其他软体动物，并广泛用于农业。发现的问题是测验人员在处理过的饮用水中发现了痕量的四聚乙醛，其浓度高于标准水平，所以通过涉及氯或臭氧的其他过程从水中去除四聚乙醛的常规处理是无效的，需要新的方法。本期内容我们研究了几种材料的效率：粉末活性炭和掺杂纳米二氧化钛的活性炭催化剂，不同浓度的碳通过吸附和水溶液去除四聚乙醛。

　　活性炭的规格和纳米催化剂的合成

　　在实验中使用的活性炭是木质粉末活性炭。其他三种材料是活性炭掺杂二氧化钛纳米催化剂，材料一由十六烷基三甲基溴化铵改性的碳掺杂二氧化钛纳米催化剂，含1.5%碳，98.5%二氧化钛，材料二含40%活性炭，60%二氧化钛，材料三含80%活性炭，20%二氧化钛。合成步骤如下：将丁醇钛和异丙醇一起加入并搅拌0.5小时，并将十六烷基三甲基溴化铵加入到水中和异丙醇混合均匀。之后，将尿素溶解在混合物中，然后加入活性炭。然后将该混合物加入先前的丁醇溶液中并在室温下搅拌24小时。然后，将混合物在80℃下干燥5小时，最后在300℃下煅烧3小时完成。

　　活性炭和纳米催化剂的表征

　　图1呈现活性炭的扫描电子显微镜(SEM)图像，其示出了活性炭的结构和表面表征。图像显示碳颗粒的平均尺寸为约20nm，并且这些颗粒聚集在一起并形成平均尺寸为25μm的角形簇。孔隙率为17.78%。可以看出簇的表面是平坦的，粗糙的和多孔的。最后两幅显示的活性炭掺杂二氧化钛的图像。在严格搅拌下，将丁醇钛溶液加入到含有活性炭的拟均匀溶液中，可能形成二氧化钛，其中活性炭颗粒将其装饰。

　　图1：活性炭和二氧化钛掺杂碳的SEM图像。

　　批量光反应器系统测试

　　所有实验均在间歇式反应器中进行，使用光反应器，紫外灯作为辐射源。光反应器是由不锈钢制成的矩形盒子，在底部和顶部安装有四个阀门。将UV-C灯垂直插入并从反应器顶部安装，使其与内部溶液接触。反应器被水冷夹套包围，以防止样品溶液在反应过程中被UV-C灯加热。因此，保持约25℃(室温)的恒定温度。将反应器连接到来自空气分接头的空气源，以确保活性炭或碳纳米催化剂充分混合并均匀地分布在反应器内部从底部到顶部的溶液中。另外，将磁力搅拌器置于反应器内以搅拌样品溶液并确保碳材料与溶液接触。对于所有实验，乙醛溶液的体积为500mL，活性炭或碳催化剂的负载浓度为0.2g L-1，反应时间为2h。

　　使用活性炭降解聚乙醛

　　在该组实验中使用活性炭(0.1g)，在UV-C光下，在0.1,0.5,1,5和10ppm下，将不同制备的初始浓度的聚乙醛样品用于2小时处理。图2之前和由活性炭处理后聚乙醛的浓度进行比较。活性炭能有效地从溶液中除去了聚乙醛，特别是对于0.1,0.5和1ppm的较低初始浓度(p<0.05)。

　　图2：通过活性炭处理聚乙醛的实验数据。

　　在活性炭去除四聚乙醛的作为聚乙醛增加的初始浓度降低中可以看出，对于0.1、0.5、1、5和10ppm，较低浓度的乙醛的去除率分别为88%，95%，95%，82%和59%。除去0.5ppm和1ppm时，乙醛的去除率略低于0.1ppm。这是因为低浓度的吸附表明存在大量的吸附位点，但只有少量的吸附物，当超过一定比例的吸附剂和吸附质时，吸附减慢。因此，反应较慢并且需要更多的吸附时间可以更有效地除去聚乙醛。

　　使用掺杂二氧化钛的活性炭催化剂降解聚乙醛

　　二氧化钛掺杂的碳催化剂被认为对水中的四聚乙醛降解无效，特别是与活性炭相比。图3示出了前和2小时处理被碳掺杂二氧化钛后在溶液聚乙醛的浓度2在UV-C光纳米催化剂。在较高的初始浓度的金属醛溶液如5、7.5、10和12ppm时，与较低浓度的降解相比，降解稍微更显着(2-9%)。

　　图3：通过碳掺杂二氧化钛催化剂处理聚乙醛的实验数据。

　　仅对于制备的浓度高于5ppm的聚乙醛，处理前后存在显着差异(p<0.05)，表明在0.1、0.5、1和2.5ppm的制备初始浓度下没有去除聚乙醛。四聚乙醛在7.5和10ppm的去除率最高，为去除的15±5和13±5%，四聚乙醛的分别。这可以解释如下：(1)光催化反应速度慢，污染物浓度低，需要更长的反应时间才能有效降解污染物。因此，在较低浓度(<5ppm)下，2小时反应时间不足以有效降解聚乙醛，(2)在高浓度下，纳米催化剂表面上的活性位点将逐渐被聚乙醛分子填充。因此，去除乙醛会更低。

　　在活性炭，碳掺杂的几种二氧化钛纳米催化剂的研究中，活性炭是最有效的降解四聚乙醛的材料。在0.1、0.5、1、5和10ppm的研究浓度范围内，以及2小时的反应时间内，负载浓度为0.2g L-1的活性炭在低浓度下显示出比高浓度更显着的乙醛去除。增加初始的聚乙醛溶液浓度不会导致更有效的去除乙醛。随着制备的聚乙醛溶液初始浓度的增加，活性炭对叔醛的去除率降低。使用活性炭通过吸附有利于除去聚乙醛，也可以在短时间去除甲醛。与活性炭相比，碳掺杂的二氧化钛纳米催化剂在研究的浓度范围，催化剂负载浓度，光强度和反应时间内通过光催化去除溶液中的聚乙醛无效。

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