活性炭国家专精特新“小巨人”企业活性炭产学研合作

　　磷酸盐是地球自然生态系统中的重要营养素。但是，排放到环境中的废水中大量的磷酸盐是水生环境富营养化的主要原因，会导致严重的污染和经济问题。磷酸盐污染的来源通常来自人类的各种活动，例如农业径流，生活废水和工业废水。由于人类活动(例如工业化)，近几十年来磷酸盐向水生态系统的排放有所增加。因此，至关重要的是在将废水排放到水生生态系统之前，先去除废水中的磷酸盐。在地表水中，磷的主要溶解形式是正磷。取决于环境条件，微粒磷可以各种形式存在。本期我们测试使用一种新型的负载银纳米颗粒的活性炭材料从水溶液中去除磷酸盐的的效果。

　　装有纳米银颗粒的活性炭制备

　　活性炭原料首先用自来水洗涤3次，用蒸馏水洗涤3次，然后在100°C的烤箱中干燥24小时。然后将干燥的原料压碎并过筛至1-2 cm的大小范围。磨碎的材料渣在炉子中400°C的缓慢热解条件下加热2小时，然后研磨并再次过筛以获得小于0.5 mm的粒径。洗涤新的活性炭，在105°C下干燥2小时，并保存在密封袋中，然后再进行进一步研究。采用初期湿法浸渍技术将银纳米颗粒负载到活性炭上。通过在250 mL锥形瓶中以1.0–9.0%w/w的不同质量比混合银纳米颗粒和活性炭来制造。然后在黑暗环境中以120 rpm摇动烧瓶24小时。浸渍后，将湿颗粒过滤并在105°C下干燥2小时，以获得改性的载纳米银活性炭。在分批模式吸附实验中，使用平均粒径小于0.5 mm的载纳米银活性炭从水溶液中去除磷酸盐。

　　负载银纳米颗粒的活性炭表征

　　表面结构是影响活性炭和载银活性炭吸附能力的重要物理因素。当装载银纳米颗粒后，活性炭的表面积略微增加，平均孔体积也有增加。BET结果表明，添加纳米银颗粒会稍微增加表面积和孔体积。可以通过在活性炭上有扩散的纳米银颗粒以及在活性炭上涂覆纳米银颗粒后产生新的孔来解释这种增加。纳米银是小的颗粒，其表面积比活性炭的表面积大。EDS分析结果(图1a))还表明当在活性炭上装载纳米银颗粒时活性炭内的钾元素被释放。当存在白色珠粒时，载银活性炭的表面物理形态明显改变(图2c，d)。这些白色珠未出现在活性炭的SEM图像中(图2a，b)，这表明银纳米颗粒分布在活性炭的表面上。

　　图1：活性炭(a)和载银活性炭的EDS光谱在(b)之前和之后磷酸盐吸附(c)。

　　图2：(a，b)活性炭和(c，d)载银活性炭的SEM图像。

　　纳米银颗粒和活性炭的浸渍比对磷酸盐吸附的影响

　　为了评估各种浸渍率对改性活性炭的磷酸盐吸附能力的影响，在不同的纳米银颗粒/活性炭质量比(1%，3.0%，6.0%和9.0%)下，以原始活性炭和负载纳米银颗粒的活性炭进行了初步实验。 。在这项研究中，实验是在25±2°C的温度下，初始磷酸盐浓度为30 mg/L，吸附时间为60分钟，吸附剂量为1.2 g / L进行的。

　　从图3可以看出，负载了纳米银的活性炭对磷酸盐的吸附能力比原始活性炭更好。当纳米银颗粒和活性炭的浸渍率从0%增加到3.0%时，磷酸盐的吸附容量从7.38 mg / g增加到9.87 mg / g。载纳米银活性炭表面上银纳米颗粒的存在可以触发更高的吸附能力。但是，当连续将纳米银颗粒中活性炭的浸渍率分别提高到6%和9%时，磷酸盐的吸附容量略有下降，降至9.40 mg / g和9.38 mg / g。此外，当浸渍率增加时，磷酸盐吸附能力没有增加。这种结果趋势与近期的研究相似，该研究使用负载有银纳米颗粒的椰壳活性炭活性炭去除亚甲蓝。根据以上发现，纳米银对活性炭的浸渍率为3%，具有很高的磷酸盐吸附能力。因此，选择它进行材料表征和后续批量实验。

　　图3：纳米银颗粒和活性炭的浸渍比对磷酸盐吸附的影响。

　　首次测试了载纳米银活性炭从水溶液中去除磷酸盐的效果。在这项研究中发现，在pH3环境下活性炭对吸附磷酸盐的吸附效果比较好，随着载银活性炭剂量和接触时间增加时，对磷酸盐的吸附能力增加。吸附容量也远大于其他吸附剂，可以证明载银活性炭是吸附磷酸盐的优质材料。

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