活性炭國家專精特新“小巨人”企業活性炭產學研合作

　　地表水和地下水都被天然和人為來源的雜質污染。通常像鎘，鉻，銅，鎳和鋅等金屬通常會帶來污染問題。環境中重要的人為鋅源包括：金屬礦開采，農業來源例如肥料和肥料，污水污泥，冶金工業，例如特殊合金和鋼的生產，垃圾滲濾液，金屬表面處理行業中的電鍍和其他來源，例如電池。對于人類來說，鋅是一種重要的微量營養素，但過高的量的鋅會導致很多問題。因此，有效去除水中的鋅至關重要。存在多種去除鋅的方法和方法的組合，但是吸附是去除重金屬如鋅的合適的方法，因為它簡單，高效和和具有再生潛力。活性炭是用于水凈化的應用廣泛的吸附劑，用于水處理的活性炭一般是使用例如椰子殼或煤作為前體制備的。在這項研究中，從木質纖維素廢料生物質中制備了活性炭，并將其用于脫鋅。

　　圖1：活性炭對鋅的吸附。

　　實驗過程結果數據

　　活性炭用于去除鋅我們研究了pH，競爭離子，初始​​濃度，吸附劑量，溫度，時間和脫附的影響。進行了等溫線分析，動力學建模和熱力學計算。還針對商用活性炭作為參考樣品進行了實驗，但未顯示結果，因為根據初始Zn濃度和吸附劑量(1 g/L–10 g/L)，去除率為10–30%。

　　等溫線模型

　　幾個非線性等溫線模型被應用于實驗數據。但是，根據R 2值和RMSE，Sips模型顯然是最佳擬合(R 2=0.95，RMSE=1.81)。因此，表3中僅列出了最傳統的Langmuir和Freundlich等溫線的參數，以及Sips等溫線。相應的配合如圖2所示。Sips模型的適用性是一個非常合理的結果，因為眾所周知，它可以很好地代表異質表面上的吸附，這是基于活性炭材料的情況。

　　圖2：Langmuir，Freundlich和Sips模型應用于實驗結果。

　　活性炭的吸附動力學研究

　　如圖3所示，室溫下活性炭對鋅的吸附速度非常快。在最初的60分鐘內可以實現將近80%的去除。在240分鐘時達到吸附平衡，此后保持恒定。鋅的最大去除量和吸附容量分別為95%和14.4 mg/g。快速去除雜質是典型的含碳吸附劑。

　　圖3：去除鋅與時間的關系。重復進行實驗，結果范圍最大為3個百分點。

　　溫度的熱力學效應

　　通過在三種不同溫度(10°C，22°C和40°C)下進行實驗，研究了溫度對活性炭吸附的影響，以研究吸附系統在較冷環境或高溫工藝用水中的工作方式。在10°C，22°C和44°C下的去除率分別為88%，91%和92%。因此，溫度對鋅的去除沒有有意義的影響，并且所生產的材料可以在寬的溫度范圍內有效地使用。

　　解吸實驗

　　吸附后，用過的活性炭可以被處理掉或再生。在這兩種情況下，都會產生二次污染。金屬負載的二手廢炭也是屬于危廢的。在再生中，金屬以溶液形式被回收，并且再生溶液會引起二次污染。因此，所使用的再生溶液起著重要的作用，并且優選使用無害的再生溶液。通常使用的再生溶液是鹽酸，H 2 SO 4，1M氯化鉀，0.01M的NaNO 3和NaCl。活性炭的可再生性對于提高成本效益至關重要。在這項研究中，使用0.1 M HCl進行Zn解吸，解吸實驗的結果如圖4所示。用過的活性炭與解吸溶液接觸后立即發生解吸。解吸率為80%，與時間無關。因此，可以使用無害化學物質快速再生活性炭。

　　圖4：解吸與時間的關系。

　　本期我們研究了活性炭對Zn(II)離子的吸附。發現鋅吸附到活性炭上不是溫度依賴性的。吸附等溫線遵循Sips等溫線和Elovich動力學模型。熱力學計算表明吸附過程是自發的，則在吸附過程中熵增加，并且吸附過程由吸熱物理吸附。將活性炭的吸附能力與其他人中提出的用于脫鋅的其他吸附劑進行了比較。結論是，活性炭這種材料可用于從廢物生物質中去除鋅的合適吸附劑，并且活性炭還可以在寬溫度范圍和高濃度范圍內使用。

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