活性炭国家专精特新“小巨人”企业活性炭产学研合作

　　染料行业的规模和增长与纺织行业有着千丝万缕的联系。据估计，全世界每年有28万吨染料废水作为工业废水排放，未经适当处理就将含有工业染料的废水排入水中对环境会造成很大的影响。纺织废水含有严重着色和高电导率的废水，并且大多数染料对生物降解过程具有完全的抵抗力。这项研究通过活性炭用于从水溶液中去除甲基黄。

　　活性炭的制备和表征

　　将原材料在80ºC下干燥12小时，压碎并筛分至小于2.0 mm的均匀大小。碳化过程是通过将30 g样品装入立式炉中并在150 cm3/min的纯氮气流下加热到700ºC进行一小时来进行的。将样品以1：1的比例浸入KOH中，并在烤箱中于110℃下干燥。使用微波加热以300 cm3/min的CO2气流对干燥的炭进行活化处理。微波功率设置为660瓦，并保持4分钟的激活时间。依次用去离子水洗涤产生的样品，直到达到中性pH，并将样品在110℃的烘箱中干燥12小时获得成品活性炭。使用氮吸附等温线测定活性炭的比表面积，总孔体积和孔径分布。使用扫描电子显微镜分析来确定孔结构，表面结构和孔排列的外观。

　　原材料和制成活性炭的表面形态分别如图1(a)和(b)所示。原材料的表面结构粗糙且不平坦。但是，活性炭的形貌显示存在明显的孔结构，并且在表面分布有一系列粗糙的孔洞。这是由于木质纤维素在高温下分解，然后蒸发了衍生化合物而使样品具有发达的孔。

　　图1：(a)原材料(x6k)和(b)活性炭(x6k)的SEM显微照片。

　　平衡吸附研究

　　来自市场上购买的甲基黄被用作吸附物。甲基黄的化学式为C6H5N2C6H4N(CH3)2，分子量为225.30 g/mol。分批吸附研究在一组250 ml锥形瓶中进行。将100 ml 甲基黄溶液以已知的初始浓度放入烧瓶中。活性炭的重量固定为每个烧瓶0.1g。使用等温水浴振荡器在120 rpm和恒温下搅拌混合物，直到达到平衡。使用双光束紫外可见光谱仪在最大波长410 nm下测量甲基黄染料的浓度。

　　接触时间和吸附物初始浓度的影响

　　图2说明了甲基黄初始浓度和接触时间对30°C时吸附平衡的影响。随着初始染料浓度从20 mg/L增加到100 mg/L，发现平衡时的染料吸附量增加。这些表明初始浓度提供了必要的驱动力，以克服对染料分子在水相和固相之间传质的阻力。初始浓度越高，浓度梯度的驱动力越大。从图中可以看出，较高的初始浓度的染料溶液需要更长的接触时间才能达到平衡。初始浓度为20-40 mg/L的染料溶液达到平衡所需的接触时间约为3-5小时。

　　图2：初始浓度和在30°C时达到吸附平衡的接触时间。

　　该观察结果可以解释为，最初染料分子被吸附在活性炭的外表面上，这使得吸附速度非常快。当外表面的吸附达到饱和时，染料进入颗粒的内部孔中。这种现象花费了较长的接触时间。因此，由于有限的表面可附着区域，染料分子需要进一步扩散到孔中，因此具有较高初始浓度的染料溶液需要相对较长的接触时间才能达到平衡。

　　溶液温度的影响

　　温度对吸附过程有显着影响，因为温度的变化会引起吸附剂对特定吸附物的平衡吸附能力的变化。因此，如图3所示，通过将溶液温度从30-60°C改变来研究溶液温度对染料去除的影响。随着温度从30-60升高，对甲基黄的吸附容量从42.9 mg/g增加到46.2 mg/g。温度表明吸附反应本质上是吸热的。众所周知，由于溶液粘度的降低，温度升高会增加被吸附物分子在外边界层以及在活性炭颗粒内部孔中的迁移率或扩散速率。

　　图3：溶液温度对活性炭吸附容量的影响。

　　等温线建模

　　设计目的。在这项研究中，发现甲基黄在活性炭上的吸附非常适合Freundlich等温线模型，该模型具有较高的相关系数，与其他模型相比，R2为0.988。这表明发生的吸附过程是多层吸附并且本质上是非均质的。异质性是由于表面上存在不同的官能团以及各种吸附剂与被吸附物的相互作用而引起的。此外，nF值大于1，表明活性炭和甲基黄染料之间有很强的相互作用，并具有良好的吸附性。高吸附能力可以归因于其较高的表面积和发达的中孔结构。

　　活性炭的吸附过程受化学吸附作用的控制，化学吸附作用是通过吸附剂和被吸附物之间电子的共享或交换而作用的价键。吸附实验表明，用拟二级动力学模型可以最好地描述吸附动力学。同时，Freundlich等温模型最适合吸附平衡数据，在30°C下的吸附容量较大。

本文链接：http://www.hyhxt.net/hangye/hy865.html

查看更多分类请点击：公司资讯    行业新闻    媒体报导    百科知识