活性炭国家专精特新“小巨人”企业活性炭产学研合作

　　六价铬铬因其在水中的良好溶解性，强氧化性和透过细胞膜的渗透性而被视为生物可利用元素。不幸的是，六价铬化合物对单个生物会产生危害。经常在地表水抽样中的允许浓度超过了数倍，所以急需找到合适的方法去除。使用活性炭吸附的一个优势是可以燃烧吸附剂(添加碱)并进一步处理吸附的铬。我们介绍了活性炭对水溶液中六价铬的吸附性能的研究。研究了不同类型的活性炭，采用静态方法确定了吸附动力学，影响反应，温度和那种活性炭合适吸附六价铬。

　　活性炭的基本技术操作是碳化和活化。某些类型的活性炭，其另外的活化过程之后，经受各种改进方案，修改操作或它们的表面覆盖有催化剂。吸附过程中铬的去除效率非常不同，取决于所用活性炭的类型，改性方法和许多其他因素。例如活性炭和用阳离子表面活性剂改性后用于去除铬(VI)离子，与未经改性的吸附剂相比，吸附能力大大提高。下面我们来讲下活性炭的几种改性方法。

　　盐酸对活性炭的改性

　　活性炭干燥后用盐酸(1：1)处理24小时。下一步是用蒸馏水冲洗，直到水中的氯化物含量小于10 mg/dm 3为止。冲洗后，碳在105°C下干燥12小时。重复该操作3次。

　　硝酸对活性炭的改性

　　用硝酸对活性炭进行额外的改性，活性炭干燥后用硝酸HNO 3(1：1)处理并煮沸。加热在回流冷凝器下进行。然后，将滤液倒出，并将活性炭样品再次用酸处理。重复该操作3次。将获得的样品用蒸馏水洗涤直至达到pH 6.5。然后，将其在105℃下干燥。

　　静态和动态条件下的测试

　　测试是在实验室过滤器上进行的，该过滤器的直径为0.018 m，充满了测试的碳，自上而下的重力流和2 m/h的过滤速度。填充过滤器的活性炭的重量为40 g。过滤每5升水后，对处理过的水中的六价铬进行对照测定。通过分光光度法在1.5 nm下用1.5-二苯卡巴肼测量紫色配合物六价铬的吸光度来分析水中铬的量。

　　改性对活性炭吸附的影响

　　活性炭的化学改性的目的是提高其吸附性能，因为碳表面的改性以可控的方式改变了其结构和表面性能。由于无机酸的作用，除其他外，由于高度无序的晶体结构和大的比表面积而引起的活性炭可以容易地化学改性。用盐酸(HCl)和硝酸(HNO 3)处理被测活性炭。通过BET方法确定在液氮中吸附N 2的比表面积。氧化硝酸改性导致面积显着减小，盐酸的使用将吸附量提高了约5%，而热硝酸(V)的吸附量则降低了约13%(图1)。

　　图1.：活性炭的类型对六价铬吸附容量的影响。

　　吸附动力学

　　每个仅限于颗粒的饱和度取决于被吸收到颗粒内部的颗粒的扩散速率。吸附动力学使得可以确定吸附速率对吸附剂性质和吸附过程本身条件的依赖性。因此，吸附动力学取决于活性炭的类型，其改性方法和要去除的化合物的类型。通过描述吸附物质的量随时间变化的关系来表示所达到的吸附平衡。

　　图2：pH 2下溶液中六价铬的最终浓度。

　　从获得的测试结果可以得出结论，吸附时间对特定碳的铬(VI)去除效率具有显着影响。铬酸根离子相对于活性炭的最大还原发生在4.5小时后。在硝酸改性活性炭上去除铬的速率更高，并且在2.5 h后发生了吸附平衡时间。然后进行稳定化处理，并进行进一步测试(确定等温线)，发现该接触时间为不同的活性炭通常不超过6小时。

　　根据实验结果表明，溶液的pH值显着影响了所测试活性炭的吸附能力。对于(HNO 3)改性活性炭，吸附随着溶液pH值的增加而略有下降。对于其他活性炭而言，反应对铬吸附容量的影响更大，并且在较低的pH值下肯定更有利。无机酸(化学修饰)对活性炭的作用导致其吸附性能发生变化。盐酸的使用通过中孔灰分的去除而增加了活性炭的比表面积，从而有助于六价铬的吸附能力的提高。用硝酸进行改性(氧化)会导致吸附能力下降，这很可能与活性炭表面化学性质的变化以及由于碳氧化而造成的孔结构的部分破坏有关。吸附时间对特定活性炭去除六价铬的效率有重要影响。根据进行的研究，改性的硝酸活性炭可很好的去除水中的六价铬化合物，这使其有可能在水处理系统中使用。

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