活性炭國家專精特新“小巨人”企業活性炭產學研合作

　　活性炭吸附合成廢水中的高錳酸鉀

　　高錳酸鉀(KMnO4)是一種強氧化劑，通常用于凈化水，去除多種污染物，主要用于破壞對處理后的水造成不良味道、氣味和顏色的化合物。值得注意的是，高錳酸鹽仍然是用于從水中去除鐵、錳和砷的氧化性的化學品之一，此外，它還具有很強的氧化氰化物、酚類和有機化合物的能力。但是過量接觸高錳酸鉀可能會出現很多問題。因此，我們使用了多種活化方式制成活性炭用來從污染水中去除高錳酸鉀的研究。

　　活性炭吸附劑的制備和改性

　　原材料用蒸餾水洗滌數次，然后干燥24小時，然后將原料通過電動研磨機獲得的粉末。將100g樣品與1L草酸(20%w/w)一起回流180分鐘，然后讓混合物在室溫下冷卻。將出售的部分通過過濾分離，以除去任何過量的草酸，將該固體與250mL/2M鹽酸一起加熱90分鐘。然后，對新混合物進行多次過濾并用蒸餾水沖洗以得到干凈的固體，以除去樣品中存在的任何水分，將固體在130℃的烘箱中放置30小時。最后，為保證樣品的均勻性，將干燥的固體研磨過篩，得到草酸活化的活性炭粉末。對含有100g原料和1L20%w/w氯化鋅酸性溶液的混合物以及100g原料和20%w/w氯化鋅酸性溶液和50g銅的混合物重復相同的程序。得到的氯化鋅活化的活性炭和氯化鋅/硫化銅活化的活性炭。總計三種活化方式制成的活性炭吸附劑。

　　三個改性活性炭和未改性活性炭樣品的SEM圖像的光譜分別如圖1a-d所示。當比較改性活性炭和與未改性活性炭(a)的SEM圖像時，可以看出活性炭的表面已通過改性程序顯著改變，因為大多數改性吸附劑褶皺變形，結構分散。此外，改性吸附劑表面出現了多個異質孔和孔隙，從而提高了吸附性能。從圖1c還可以看出，改性活性炭的微孔密度大于其他樣品的其余部分。程的成功，也證實了活性炭表面官能團的多樣性，這將在以后從水中吸附高錳酸鹽方面發揮有效作用。

　　圖1：(a)活性炭和(b)氯化鋅改性和(c)草酸改性和(d)氯化鋅/硫化銅改性的SEM圖像。

　　吸附實驗過程

　　為了確定在當前研究中開發的用于從合成水樣中去除高錳酸鉀效果好的吸附劑，將20mL的100mg/L-1高錳酸鉀溶液濃度與0.03g活性炭混合在30mL琥珀色瓶中。使用搖床培養箱在27℃和180rpm下攪拌密封的琥珀瓶30小時。之后，過濾混合物，使用紫外-可見分光光度計在525nm處測量濾液中KMnO 4的平衡濃度。對于KMnO4吸附，用四種活性炭吸附劑重復相同的程序。經過批量實驗，以觀察和確定通過活性炭影響KMnO4吸附實驗的最重要因素，例如KMnO4濃度，接觸時間、活性炭的用量、吸附溫度和pH值。所有批次實驗均在30mL琥珀色瓶中完成的。

　　活性炭對高錳酸鉀的去除百分比

　　活性炭和改性的不同樣品對KMnO4吸附的去除百分比在圖2顯示，活性炭為80.52%，氯化鋅改性活性炭為64.03%，草酸改性活性炭為89.36%，氯化鋅/硫化銅改性活性炭為49.08%。百分比去除值表明草酸改性活性炭在其他樣品中具有較大的百分比，因此，這些發現支持這種活性炭吸附劑是KMnO4吸附的合適樣品。此外，這些結果與SEM和BET表面結果完全一致。因此，本研究的其余部分僅使用草酸改性活性炭吸附劑。

　　圖2：四種不同活性炭樣品對高錳酸鉀吸附的去除百分比。

　　活性炭的吸附動力學研究

　　根據偽一級、偽二級和顆粒內擴散動力學模型研究了這種吸附的實驗結果。圖3a、b。這些圖的斜率和截距用于計算動力學通過應用圖3b中的偽二級模型觀察到的線性關系，其中出現了最高R2值，以及實驗Qe值和Qe計算值之間的良好一致性，這證實了這項工作的吸附遵循二級動力學模型。這意味著高錳酸鉀從水介質中的生物吸附受化學動力學機制的控制，涉及電子交換或染料的陰離子部分(MnO4-)與活性炭吸附劑表面上的官能團之間的共享。活性炭12對KMnO4的吸附、硫化銅制備的納米顆粒和氯化鋅改性的活性炭也有類似的發現。

　　圖3：( a )活性炭吸附高錳酸鉀的一級動力學模型和( b ) 二級動力學模型。

　　草酸改性活性炭在三個溫度下去除KMnO4的吸附能力以及其他合成低成本吸附劑的能力。相比傳統低成本吸附劑具有更高的吸附容量，它的成本效益、易獲得性以及從污染水中吸附高錳酸鹽的高性能使該活性炭比其他吸附劑具有更大的優勢，是一種從合成溶液中吸附高錳酸鉀的新型活性炭吸附劑。

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