活性炭国家专精特新“小巨人”企业活性炭产学研合作

　　活性炭吸附去除苯二胺

　　水在环境保护中一直是关键问题，然而由于工业活动中排放的化学废料，污染现象越来越多。这些化学废水包含的污染物可以是无机的，例如重金属，也可以是有机的，包括有机染料，例如主要用于化妆品行业的对苯二胺。该化合物会导致很多问题，面对这种情况，吸附技术是去除污染物有机水中简单，有效的方法。而活性炭是比较常用的吸附剂，本次我们测试一下活性炭吸附去除苯二胺的具体效果。

　　活性炭的制备条件

　　活性炭的制备在室温下干燥之前，用蒸馏水洗涤，随后进行粉碎研磨处理并使用电筛筛分，以获得63μm的均匀粉末粒度。所得粉末在使用电炉煅烧前用磷酸进行化学预处理。根据特定比例添加磷酸来进行活化，并在110℃的炉中干燥48小时。随后将干燥混合物引入坩埚陶瓷中，在450℃下在炉中煅烧，使其孔隙逐渐打开。用蒸馏水彻底清洗活性炭表面的活性残留物，该步骤用来控制活性炭的pH。这样得到的活性炭在110℃的烘箱中再次干燥48小时获得成品。

　　活性炭的间歇吸附研究

　　活性炭的吸附时间影响可从图1看出，活性炭吸附分三步进行：第一是在最初的30分钟内，污染物的吸附量很快就被确定了，这可以用在吸附剂的外表面存在大量空置的结合位点，这使得吸附剂易于吸附到该表面。第二在31分钟后，吸附速率降低，过程缓慢。活性炭的其他位置达到饱和后，污染物颗粒将迁移到吸附剂内部。由于易于接近，因此吸附过程缓慢：颗粒内扩散。第三从80分钟开始，我们观察到一次接触，活性炭已达到其最大容量。我们可以说这些吸附剂的平衡时间是80分钟。然而，磷酸活化的活性炭吸附量的演化曲线显示，在最初的30分钟内，污染物的吸附量显著增加，此后，污染物的吸附量急剧下降，这将是一种产物解吸。这一现象在其他吸附剂中是不可见的，这可能意味着可用孔隙的数量和结合力随着所用活化剂浓度的增加而增加，这一点还通过碘值和亚甲基蓝的值进行了验证。

　　图1：接触时间对制备的活性炭上苯二胺吸附容量的影响。

　　苯二胺的初始浓度对活性炭吸附的影响在图2显示了，吸附百分比随溶液初始浓度的增加而增加。这可能是解释为浓度的增加导致在活性炭表面分子污染物产生了一个大的传递力，在活性炭表面存在的分子数量增加，因此促进吸附。我们可以看到，在相同的比例下，低浓度下活性炭的吸附百分率高于参照吸附剂的吸附百分率。这可以得出结论，活性炭表面的吸附不太受发生的迁移现象的影响。

　　图2：苯二胺的吸附容量与初始浓度的函数关系。

　　活性炭吸附去除苯二胺的吸附等温线

　　吸附等温线的测定与苯二胺吸附到活性炭表面的过程最为对应，由R2值进行。Freundlich等温线更能描述活性炭在表面的吸附过程，相关系数分别为0.988、0.979、0.958、0.996和0.973。同时，活性炭表面吸附过程为模型描述的DRK，R2=0.968。从该等温线得到的吸附能均大于平均值，与化学吸附相对应。Temkin等温线提供的不同能量的观察表明，酸性活性炭表面的吸附热B1远优于氯化锌活性炭表面的吸附热B1，而结合能平衡则相反;这意味着苯二胺在特定活化剂的活性炭表面吸附比在活性炭磷酸表面的吸附更强烈。

　　图3：根据Langmuir(a)，Freundlich，(b)条件D-R-K，(c)和Temkin，(D)苯二胺在活性炭上的吸附等温线。

　　在研究活性炭吸附去除苯二胺中，采用其他活化剂和磷酸制备吸附性能较好的活性炭，并将其应用于对苯二胺的还原反应。根据活性炭的材质分析发现用特定活化剂活化的活性炭拥有的碘值和亚甲蓝吸附值更高。然而，pH值的零电荷点表明所有制备的活性炭都是酸性的(pHPZC˂7)。Freundlich和Dubinin-Radushkevich等温线模型能描述这些活性炭在表面上的吸附动力学(R2˃0.95)，从该等温线得到的吸附能均大于平均值，对应于化学吸附。

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