活性炭国家专精特新“小巨人”企业活性炭产学研合作

　　随着近代工业的快速发展，大量有机废物排入地表水和地下水已造成严重的环境污染。在石油资源丰富的地区，采矿和冶炼过程中产生的一系列有机物质对水体造成污染。苯酚存在煤焦油中，它也被称为石碳酸。苯酚分子由直接与苯环相连的羟基组成，有特殊气味，具有很高的稳定性。这些理化性质是造成苯酚对环境持久性破坏的原因。目前，污水中苯酚的处理方法主要包括化学方法，物理化学方法和生物方法。近来主要方向是使用化学氧化技术去除苯酚。在本次内容中我们开发了一种活性炭材料与商用活性炭的性能进行了比较，使用它来搭载两种氧化剂(过硫酸钠和过氧化氢)来测试对苯酚的降解。

　　研发出的活性炭特征

　　原材料用去离子水冲洗并干燥。然后在破碎机中破碎。重复破碎后，将破碎的原材料堆通过50和100目筛。将筛过的原材料粉末在氮气气氛下在不同温度(300.0 °C至1000.0 °C)下煅烧。加热速度为5.0 ℃ min -1，目标温度维持 180min。温度上升后;然后将样品自然冷却至室温。将烘干的活性炭浸入10%的盐酸中12 h，用水洗涤3次，并在100.0 °C下干燥6 h制成。研发的活性炭与商业活性炭相比，具有更高的表面积和孔体积。图1 显示了活性炭的扫描电子显微照片。由于高温煅烧，活性炭具有不规则的棒状结构，在其表面上具有皱纹，这提供了较大的表面积并增加了活性炭表面的吸附位置。

　　图1：活性炭的SEM图像。

　　活性炭焙烧温度对

　　图2表明，在不同温度下煅烧并用过硫酸盐活化的活性炭样品降解苯酚的能力大不相同。所有活性炭样品均在120 分钟内降解了苯酚 。当煅烧温度提高到800.0 °C以上时，苯酚的降解效果显着提高。在900.0 °C 下煅烧的活性炭降解苯酚的效率是在800.0 °C 下煅烧活性炭的两倍。活性炭的降解度为900.0 °C(98.12%)和1000.0 °C(99.58%)表现出相似的效果 。

　　图2：不同煅烧温度下活性炭对的苯酚降解效率。

　　活性炭的比较和氧化剂的选择

　　图3 显示了两种活性炭的正交组合，并且两种氧化剂(H 2 O 2和过硫酸盐)在降解苯酚方面有显着差异。在H 2 O 2为氧化剂的实验条件下，活性炭对苯酚的降解作用在120min内是商业活性炭的1.34倍 。然而，当过硫酸盐用作氧化剂时，活性炭对苯酚的降解作用在120 分钟内是商业活性炭的1.51倍。实验表明，我们研发的活性炭更好。在前30 在降解反应的最短时间内，活性炭的优势比商业活性炭更为突出，就降解率而言，前者是后者的1.87倍。在过硫酸盐作为氧化剂对苯酚的降解在120 分钟内是H 2 O 2对Ph的降解的1.33倍 。因此，在随后的实验中，选择活性炭和过硫酸盐作为实验对象。

　　图3：两种活性炭与两种不同氧化剂的相互作用转化苯酚。

　　反应机理

　　图4显示了苯酚的降解过程。首先破坏连接苯酚中羟基的化学键，然后打开苯环以形成通过单键连接的单链。随着反应的进行，单链之间的化学键被破坏，并形成具有较少碳原子数的单链。将链重组为新的长链的过程是由于氧化剂剂量不足。然而，随着反应的进行，诸如这些短链和新形成的长链的中间体被进一步降解。在此过程中，一些单链会随着反应时间的增加而重组形成一条更长的新单链。随着这一过程的继续，长单链逐渐分解成短链，然后苯酚矿化成二氧化碳和水。

　　图4：苯酚矿化过程。

　　在这项研究中，活性炭是在900.0 °C 下制备的，并且在0.50 g L -1的条件下对该实验进行了优化。当过硫酸盐/苯酚摩尔比为5：1时，初始pH值(6.45)和室温下苯酚的降解率是理想的。120分钟降解率达84.74%，300分钟 TOC降解率达85.94%，矿化度理想。活性炭具有很高的稳定性和可重复使用性，重复使用4次后，苯酚的降解率仍超过80%。与其他类似系统相比，本文开发的系统使用较少量的活性炭和氧化剂，具有较高的实用价值。

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