活性炭国家专精特新“小巨人”企业活性炭产学研合作

　　酚类化合物及其衍生物由于在石油化工，化学制品，塑料和造纸工业中的广泛使用而对生物和生态系统构成高水平威胁，因此已成为人们日益关注的问题。它们包含直接与苯环键合的羟基，因此这些酚类化合物具有稳定的共轭体系，导致生物积聚和不良的生物降解。在本次内容中，我们通过共沉淀法将涂覆有绿色硅表面活性剂的活性炭与磁铁矿颗粒进一步掺混，以增强新设计的磁性硅胶涂覆活性炭在磁场中能更好的固液分离。通过多种实验测试与通过实际的工业废水进行测试，对水中的几种硝基酚类物质进行去除。

　　两种硝基酚类物质在有机硅涂覆磁性活性炭上的吸附研究

　　通过研究pH(3-10)，接触时间(5-120分钟)和2,4-DNP和2,4-DCP初始浓度的影响来评估活性炭的吸附性能。10–100 mg L -1)。将20 mg的活性炭分散在10 mL的2,4-DNP和2,4-DCP溶液中，两种分析物溶液的温度均保持在室温。将溶液在恒定温度下以250 rpm摇动所需的时间。接下来，通过施加磁场从溶液中分离出吸附剂。使用UV-Vis分光光度法分别测量上清液中2,4-DNP和2,4-DCP分析物的残留浓度。去除率(%)和吸附量。

　　振动样品磁力计

　　在这项研究中使用VSM来检查合成活性炭的磁强度。对Fe 3 O 4颗粒，磁性活性炭和机硅涂覆磁性活性炭进行了研究，以研究它们在涂覆时的磁强度趋势。几种材料的磁滞回线分别示于图1(a)-(c)。根据获得的结果。由于存在非磁性活性炭和有机硅表面活性剂涂层，磁强度似乎下降了。这确认涂覆过程成功。但是，尽管在涂覆最终材料机硅涂覆磁性活性炭时磁化强度降低，但其磁强度仍在可接受的范围内，并且强度足以在吸附过程中进行。

　　图1：几种材料的VSM磁化曲线。

　　溶液pH对硝基酚类物质的吸附影响

　　作为最重要的控制参数之一的溶液的pH值可能会影响吸附过程中吸附剂的结合能力。从理论上讲，pH可以改变吸附剂活性位上官能团的解离，活性炭的表面电荷以及被吸附物分子的存在状态。分析物的p K a值为2,4-DNP=4.1和2,4-DCP=7.9。由于2，4-DCP的p K a值较高，因此很难获得较低的pH。因此，在pH为3的范围内，进行至pH 10.两种分析物的最优化使用0.01 M NaOH和0.01 M HCl调节分析物溶液的pH。使用分批技术进行该实验，其中每种pH调节后的分析物溶液分别在20 mg吸附剂的存在下振摇60分钟。图2(a)和(b)显示了两种分析物的去除趋势。

　　图2：pH对两种硝基酚类物质的影响。

　　活性炭与污水的接触时间对去除硝基酚类物质的影响

　　接触时间是必不可少的优化参数，可提供吸附持续时间，以最大程度地从水性介质中去除目标分析物。因此，为了确定最大吸收的平衡时间并建立吸附过程的动力学，两种分析物的接触时间在5至120分钟的范围内进行了研究。图3表明，有机硅涂覆磁性活性炭对2，4-DCP和2,4-DNP两种硝基酚类物质的最大吸附约为60分钟，并且在60分钟后没有发现吸附进一步增加。

　　图3：接触时间对去除2,4-DNP和2,4-DCP的影响。

　　可重用性研究

　　出于经济和资源方面的考虑，活性炭的可重复使用性是重要的过程。为了在去除过程中有用，被吸附的物质应在合适的条件下容易地解吸，并且活性炭应使用多次以降低材料成本。因此，使用五个吸附-解吸循环评估了吸附在有机硅涂覆磁性活性炭上的2硝基酚类物质的吸附剂可重复利用性和解吸。丙酮溶液用作脱附剂，以除去吸附的2，4-DCP和2，4-DNP分子。解吸过程之后，使用外部磁场将物料分离，并在下一个循环之前将其完全干燥。分析六个循环后的去除百分比，在前三个循环中，去除率几乎恒定，去除率分别为78%(2,4-DCP)和89%(2,4-DNP)。在第四个循环中，由于解吸过程中材料表面特性的浸出，去除效率略有下降，从而使去除性能下降。对材料的可重复使用性研究表明，该材料可以重复使用多达三个周期，去除效率分别为82.9%(2,4-DNP)和74.4%(2,4-DCP)。这证明本次制成的活性炭可以作为一种经济好用的吸附剂，用于在工业应用中从水溶液中除去氯和硝基酚类化合物。

　　非离子有机硅表面活性剂对磁性活性炭的涂覆形成了一种新型的磁性活性炭，该活性炭能够有效去除氯和硝基酚类化合物。在水性样品中去除两种硝基酚类物质的测试数据中，在pH 6的环境下(2,4-DCP)和pH 4(2,4-DNP)下获得了较高的去除率。与磁性活性炭相比，涂覆了有机硅的活性炭表现出更好的去除效率。有机硅表面活性剂的存在表明其增强的吸附能力是由于疏水作用，氢键和结合位点与分析物之间的π-π相互作用所致。然而，由于2，4-DNP比2，4-DCP具有更强的吸电子能力，因此具有更高的吸附能力。此外，与其他基于活性炭涂覆表面活性剂的研究相比，经我们的测试，这种类型的有机硅表面活性剂是比较环保的。因此具有从水样品中去除有机污染物的巨大潜力。考虑到这种杂化材料的卓越性能，可以肯定的是，机硅涂覆磁性活性炭可以用作去除其他现有有害有机污染物的优良吸附剂。

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