活性炭国家专精特新“小巨人”企业活性炭产学研合作

　　活性炭负载纳米银对吸附苯酚的影响

　　工业废水排放中存在的高危险的污染物之一是苯酚。它有毒，高度易燃，可溶于水，油，二硫化碳以及许多其他有机溶剂中。由于其在天然水中的溶解性，为了除去废水中的苯酚现在有微生物降解，化学氧化，酶促聚合，膜分离，溶剂萃取，光催化降解和吸附等许多技术来处理。但是使用活性炭的吸附技术是用于环境控制和废水管理的效果非常好的方法。

　　为了更好的处理废水中的苯酚，我们对作为吸附剂的活性炭进行了改进，本次主要测试将银纳米颗粒浸渍到碱处理的活性炭中对模拟废水中苯酚的去除效果。我们将纳米技术，实验设计，响应面方法和定量解决方案集成在一个框架中，以优化产率并改善活性炭的理化特性。来达到具有可持续性，廉价，简单，环境友好和可复制的特点。

　　生产过程对活性炭产量和亚甲基蓝数的影响

　　主要因素的3D图及其与活性炭产量和亚甲基蓝数的相互作用中显示在图1。从中可以明显看出图1(c、f)温度和停留时间对产率和亚甲基蓝数值有显着影响。随着停留时间从90分钟增加到120分钟，产量和亚甲基蓝数下降不成比例，这可能归因于C和其他元素(包括H和O)的释放。但是，随着温度在500-600°C之间升高，产率和亚甲基蓝数显着提高，在90分钟时获得的值更高。然而，观察到随着温度进一步升高至620℃以上，活性炭收率和亚甲基蓝数的值显着降低。发生这种现象的原因可能是在高于600°C的温度下失去了更多的杂原子，随着在炉中停留时间超过90分钟，情况变得更糟。因此，亚甲基蓝数减少表明了焦炭收率和吸附能力的降低。所有样品获得的亚甲基蓝数大小表明中孔在产生的活性炭中的分布。碳化温度对活性炭的孔结构影响最大，因此对吸附能力的影响最大。亚甲基蓝数的最高值是在610°C附近获得的，当更多的挥发性物质逸出时，一些微孔会变宽。图1(e)显示活化浓度和停留时间的相互作用。活性炭的亚甲基蓝数随活化剂浓度的增加而增加。在90分钟时获得最大值，随着停留时间接近120分钟而降低。对于产率观察到类似的趋势。亚甲基蓝数和产率的降低可能是由于碳化过程中浓碱溶液的活性延长引起的孔变质的结果。

　　图1：3-D图显示了(a、d)温度和浓度(b、e)接触时间以及浓度(c、f)接触时间和温度的相互作用对活性炭的百分收率和亚甲基蓝数的影响。

　　活性炭负载纳米银对苯酚的批量吸附研究

　　进行了两组实验以研究苯酚在活性炭负载纳米银吸附剂上的吸附。进行了一组实验以研究苯酚的初始浓度和接触时间对活性炭负载纳米银吸附剂对苯酚吸收的影响。这是通过改变初始浓度(50–200mg/L)和接触时间(30–200min)，同时分别将吸附剂量和搅拌固定在0.2g和200rpm上来实现的。另一组实验，用来确定活性炭吸附剂的最大程度吸收苯酚的工艺参数。在这里，选择的因素包括初始苯酚浓度，接触时间，吸附剂剂量和搅拌速率等。

　　苯酚初始浓度和接触时间的影响

　　图2展示了在30°C下各种接触时间和初始苯酚浓度(50–200mg/L)下苯酚去除率的特征。由于在活性炭上存在空位，所以吸附剂对苯酚的吸收随时间的推移而改善。开发了超过水相和固相之间传质阻力的强大驱动力。这是导致苯酚分子从一开始就迅速吸收的原因，后来在达到平衡之前下降。在平衡状态下，由于苯酚分子与吸附剂表面之间的排斥力无法吸附苯酚分子，因此吸附剂的空位无法达到最大苯酚吸收量。苯酚的初始浓度影响除去的苯酚和平衡时间。初始浓度为100mg/L时，最大吸附量为90.06%，而200mg/L时为83.95%。在较低的苯酚初始浓度下(苯酚分子与空位的比率较小)，由于活性炭载纳米银材料上存在更多的空位，所以在平衡状态下吸附的苯酚量较高。随着比率随着初始苯酚浓度的增加而增加，空位容易变得饱和，苯酚分子趋于竞争扩散到内部孔中，导致吸附剂表面的吸收百分比降低。从该实验中，所有浓度的2小时后去除率均无显着增加。因此，接触时间(60–120分钟)和浓度(100–200mg/L)是个好选择。

　　图2：活性炭对于各种初始浓度的苯酚去除百分率。

　　经过测试发现用银纳米粒子的负载提高了活性炭的参数。增大了活性炭的孔径，能更好的将苯酚容纳在孔空间内。考虑到初始苯酚浓度为200mg/L，0.25g吸附剂剂量，74分钟接触时间和156rpm搅拌速率，活性炭负载纳米银材料的去除苯酚百分比为94.7%，比没纳米银负载的活性炭提高了11%。

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