活性炭國家專精特新“小巨人”企業活性炭產學研合作

　　活性炭對銠溴化物絡離子的吸附機理

　　銠是一種銀白色貴金屬，屬于鉑族金屬PGM。它具有高度的耐腐蝕性，與銥類似，但與鉑相反，鈀和鋨不與王水反應,是一種極其稀有的金屬。金屬銠是從礦石中提取鎳和銅的副產品，本文研究了銠離子在活性炭上的吸附過程。發現該過程是可逆的，即也可以將銠離子從活性炭中剝離到溶液中，這開啟了從高度稀釋的水溶液中工業回收銠離子的可能性。

　　吸附回收測試大概的實驗方法

　　銠溴化物絡離子從0.1M HBr溶液中吸附在活性炭上，pH=1，實驗中應用的溶液體積為200mL。溫度T在40到70℃之間，并使用水浴進行控制。使用磁力攪拌器攪拌溶液，攪拌速度通常為1200rpm。吸附實驗中的銠初始濃度用分光光度計監測其變化，這也使用微波等離子體原子發射光譜儀進行了驗證。銠濃度為1000±7µg/mL的標準溶液從并適當稀釋。用于吸附試驗的活性炭量在0.2至1克之間。解吸測試在200mL 0.1M HBr中進行。通過分光光度法測量溶液中的銠溴化物絡離子濃度。

　　描述銠溴化物復合離子與活性炭之間反應的模型的發展

　　用分光光度法研究了銠溴化物絡離子吸附/還原的動力學，波長λ=257nm，因為這是光譜中最強的吸收帶圖1A的一種。其摩爾吸光系數，是使用朗伯-比爾定律通過實驗確定的(圖1B)。λ>380nm處的吸光度隨著時間的增加而增加。這是由活性炭顆粒上的光散射引起的。當活性炭顆粒在反應容器中相互碰撞并與攪拌棒碰撞時，它們會連續形成。吸收光譜背景的逐漸增加會輕微干擾λ=257nm的吸光度讀數。使用對應于500-530nm波長范圍的吸光度對此進行了校正。銠溴化物絡合物離子不吸收此范圍內的UV-Vis光譜范圍內的光。

　　圖1：(A)研究溶液的UV-Vis光譜作為銠初始濃度的函數，(B)使用圖形方法測定摩爾吸收系數。

　　反應模型的驗證

　　這分兩步進行。首先，證實了銠溴化物絡離子在活性炭上的吸附。其次，表明逆反應確實是解吸回收。使用UV-Vis分光光度法證實了銠溴化物絡離子在活性炭上的吸附。該過程的證據是λ=257nm處的吸光度下降。這種方法可以快速測定吸收物質的濃度，并且在實驗過程中不會改變活性炭的濃度。這就是為什么它主要用于所描述的研究中。不幸的是，它對可能與吸附劑相互作用有關的復雜結構的變化很敏感。因此，采用原子發射光譜法MP-AES來確認所研究系統中銠濃度的降低。后一種方法確定電解液中銠的總濃度。

　　活性炭對銠吸附/解吸機制的表征

　　很明顯，銠溴化物絡離子的初始濃度將影響它們在電解質中的平衡濃度和吸附過程的速率。這是圖2A，其中繪制了在T=50℃下在攪拌溶液中獲得的動力學曲線，攪拌速率為1200rpm。得到離子之間的線性相關性，確定系數接近圖2B。擬合線的斜率等于1.48±0.33，證實了初始假設，即關于銠溴化物絡離子初始濃度的反應的第一級。吸附動力學還應取決于活性炭的表面積，前提是系統不受擴散控制。這已針對不同濃度的吸附劑進行了驗證。

　　圖2：(A)各種初始濃度銠的動力學曲線與擬合指數曲線，(B)反應順序的圖形確定。

　　吸附試驗后，用SEM和XPS方法對活性炭樣品進行分析(圖3)。顯微分析最重要的結果是樣品表面上銠和溴的分布。銠和溴含量之間存在明顯的相關性，銠對應的峰可見于圖3D。主銠峰與C線重疊，因此使用強度較低的峰進行濃度估計。

　　圖3：吸附試驗后活性炭樣品的SEM圖像(A)表示進行EDS分析的線的總體視圖，(B)進行EDS點分析的區域的放大率，(C)EDS線分析結果，(D)選定點的EDS光譜。

　　研究發現活性炭可以吸附銠溴化物絡離子。機理研究表明，這個過程是受激活控制的。證明了溴離子濃度對吸附產率的積極影響。這表明銠溴化物的負形式-復合物被優先吸附。所研究的過程對溫度的依賴性很弱。此外，有可能表明該過程的機制隨溫度而變化。從實用的角度來看，這些信息提供了有意識地選擇合適的活性炭以獲得高吸附過程效率的可能性。活性炭表面的適當改性也可以提供高吸附產率，由于平衡條件和解吸過程的小能壘，這是相當低的。工業回收銠的話一個簡單的解決方案是使用固定床吸附柱。

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