活性炭国家专精特新“小巨人”企业活性炭产学研合作

　　由于砷离子对水生生态系统和人体健康有危害，因此在自然水域中普遍存在砷离子已成为一个重要问题。砷污染问题已在许多地区出现，砷污染的来源包括自然活动和人为活动，例如化石燃料，工业和农业废物等。为了开发除砷技术，已经有很多相关的方法，但是在这方法中使用吸附法比较合适。在这项研究中，我们实验了铁和亚硝酸改性的活性炭制成纤维后从水溶液中吸附砷离子的潜力。

　　作为一种新型的活性炭，活性炭纤维由于其纳米结构，丰富的微米孔隙率，高比表面积和狭窄的孔径而具有出色的吸附性能，被认为是用于废水处理的有前景的吸附材料。此外，活性炭纤维易于在吸附过滤器中用于实际废水处理。同时，吸附层不会导致由碎屑沉积物不均匀引起的阻力增加或流体分布不均匀。在没有二次污染的情况下，活性炭纤维可以逐渐应用于水处理领域。在我们的研究下，铁氧化物和亚硝酸的改性活性炭后制成活性炭纤维，以富集-OH去除砷，并与改性活性炭对砷离子的吸附能力进行了比较。

　　活性炭内部属性分析

　　表面积和孔径决定了吸附剂的吸附性能。活性炭具有大量的内部孔，具有较大的比表面积。HNO 3和Fe 对改性活性炭的BET表面积，BJH平均孔径和孔体积均有不同程度的变化。在常温条件下，浓HNO 3在活性炭表面溶解了一定的灰分，有助于进一步扩大多孔结构。但是，浓HNO 3还腐蚀了活性炭的结构，从而部分破坏了内部通道结构并降低了活性炭的比表面积。至于铁改性的活性炭，内表面的铁材料层堵塞了某些通道，从而降低了比表面积，平均孔径和孔体积。

　　图1显示了活性炭纤维的孔径分布。如图1所示，活性炭纤维的孔径在1至20nm之间。同时，几种活性炭的所有氮吸附/解吸曲线均与IV型吸附等温线相对应。由于活性炭内中孔定义为2–50 nm，在未经改性和经过改性的活性炭是微孔的，但HNO 3改性扩大了孔的结构并导致了中孔的结构。因此，活性炭显示出微孔/中孔结构特征，并且可以用作在水中吸附砷离子的有前途的材料。

　　图1：活性炭纤维的孔径分布。

　　活性炭吸附剂的形态

　　图2示出了原始活性炭纤维的SEM图像，并将其显示，活性炭的表面有凹槽和平滑的整体，其中有几个裂缝和小斑点(图2的B)。HNO的表面形貌和铁改性活性炭变为粗糙(图2c)和表面覆盖由絮状直径在约数百纳米的。如图2d所示，EDX分析表明主要元素为C，O和Fe。观察到在活性炭表面上载有一层约20-80nm的铁纳米颗粒。

　　图2：活性炭的SEM图像。

　　活性炭对砷离子的吸附效果

　　吸附动力学主要用于确定吸附过程的保留时间。图3显示了砷离子在活性炭纤维上的吸附动力学。如图3所示 ，砷离子的吸附随着接触时间的增加而增加，并且考虑到处理效率，吸附平衡时间固定为60分钟。与活性炭的吸附过程相比，Fe和HNO 3改性后的活性炭吸附平衡时间增加，但在300分钟时的吸附容量分别为0.236 mg/g，0.493 mg/g和2.45 mg/g。因此，铁改性的活性炭提高了去除砷离子的吸附能力。

　　图3：活性炭对砷离子的吸附动力学。砷离子的浓度为2 mg/L;活性炭的剂量为500 mg/L，初始pH为6.0。

　　在单一金属溶液体系中研究了砷离子在几种类型的活性炭上的吸附。活性炭具有较大的比表面积和孔体积，但是HNO 3改性腐蚀了活性炭的内部通道，而铁改性堵塞了通道，这两者均使比表面积减小。HNO 3和Fe改性增加了活性炭的表面粗糙度。Fe和HNO 3的吸附平衡时间为60分钟，吸附平衡时间延长。修改。用Langmuir等温线模型拟合的吸附等温数据要好于Freundlich等温线模型。最终，这些初步结果表明，活性炭在处理被砷离子污染的水和废水方面显示出广阔的前景，并且通过Fe和HNO 3改性显着提高了吸附能力。

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