活性炭國家專精特新“小巨人”企業活性炭產學研合作

　　活性炭吸附去除俾斯麥棕色G染料

　　現代工業中很多工廠將大量有色工業廢水排放到附近的環境中。這些有色廢水含有不同類型的染料，偶氮染料(-N=N-)似乎是有問題的污染染料。這些染料具有復雜的剛性結構，因此不易碎裂所以去除難度大。基于這些考慮，我們研發了使用共沉淀法制備鐵金屬化氧化銅納米顆粒的復合材料。然后通過將復合材料與氮和活性炭結合來制備新的復合材料。并使用不同的技術和分析方法對這些制備的材料進行了研究，通過在這些活性炭材料的懸浮液上從模擬工業廢水中去除俾斯麥棕色G染料的能力。

　　活性炭復合材料的合成與表征

　　未活化的活性炭與物理活化的活性炭復合材料的合成使用水熱法制備了。根據該方法，金屬化氧化鐵銅納米粒子懸浮在30mL燒杯中，直接加入活性炭懸浮液，超聲處理30分鐘。然后將這兩種懸浮液在一個燒瓶中混合，在80℃下連續攪拌，直到溶劑完全蒸發。此時，收集所得固體并在100℃下干燥12小時獲得活性炭復合材料。利用掃描電鏡對合成的這幾種活性炭材料的表面形貌進行了研究。純氧化鐵銅納米粒子的表面形態如圖1A所示，它顯示了中等均勻的球形顆粒，粒徑約為31nm。活性炭復合材料的圖像如圖1C所示，該圖像顯示了較小的均勻性，粒徑相對較大，并且存在顆粒團聚。這很可能是由于復合材料中存在活化后的活性炭，這可以增強表面協同效應，促使顆粒尺寸增加，因為在這些條件下晶體生長。復合材料氮鐵銅的圖像如圖1D所示，從該圖像可以看出，存在相對均勻的分布，球形顆粒幾乎與氧化鐵銅相似，但氧化鐵銅氮的粒徑相對大于氧化鐵銅。這可能是由于摻雜氮物種后晶體生長所致。

　　圖1：(A)氧化鐵/銅，(B)活性炭復合材料，(C)活性炭復合材料(未活化)和(D)氮氧化鐵/銅復合材料的SEM圖像。

　　制備材料的吸附能力

　　通過在復合材料上吸附去除模擬工業廢水中的俾斯麥棕色G染料，研究了制備的活性炭復合材料的吸附能力。所有實驗均使用50ppm、150mL、0.15g的俾斯麥棕色G染料濃度進行。和pH值為5的染料溶液。俾斯麥棕色G染料對制備的納米復合材料的吸附結果如圖2所示。從這些結果可以看出，在相同吸附條件下，與其他吸附劑相比，活性炭復合材料的吸附效率最好。這很可能是由于與活性炭復合材料和氮氧化鐵/銅相比，與本研究中使用的不同吸附劑相比，這種三級復合材料具有更高的BET表面積。

　　圖2：各種活性炭材料對俾斯麥棕色G染料的吸附效率。

　　活性炭用量對俾斯麥棕色G染料去除的影響

　　為了研究所用活性炭用量對其模擬水溶液中染料去除效率的影響，使用不同用量的活性炭復合材料進行了一系列實驗。這些質量分別為0.01、0.05和0.10、0.15、0.20和0.25g。這些實驗是在相同條件下進行的，所有運行的吸附時間為1小時。通過在468nm處測量吸光度來記錄上清液的吸光度來跟蹤吸附能力。從獲得的結果，發現用量為0.15g。如圖3所示，所用活性炭復合材料的染料去除效果好，如圖3所示。增加催化劑用量。這可能與隨著所用材料的質量增加而增加可用吸附位點有關。這將導致在可用的吸附位點上吸附更多的染料分子。在使用大于0.15克的用量時，染料去除效率會降低，這可以解釋為在使用高劑量吸附劑時會增加溶液的密度和材料顆粒的聚集。

　　圖3：活性炭復合材料的用量對通過從其水溶液中吸附在三級復合材料上去除俾斯麥棕色G染料的效率的影響。

　　活性炭吸附去除俾斯麥棕色G染料的研究，氧化銅納米顆粒已通過環保方法成功合成。結果表明，當使用活性炭的三級復合物時，吸附去除俾斯麥棕色G染料的效果較好。對于這種復合材料，在pH=5的染料溶液、0.15g的吸附劑質量下記錄了較好去除效率。

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