活性炭國家專精特新“小巨人”企業活性炭產學研合作

　　活性炭對亮藍染料的吸附特性

　　由于水資源的污染和稀缺，水資源危機引起了全世界的廣泛關注。來自工業和家庭活動的多種復雜污染物間接或直接排放到水體中。在這種情況下，染料是主要的有機污染物。這些化合物廣泛應用于紡織、皮革、塑料、食品加工等產業。目前，可供使用的商品染料有10萬多種，估計合成染料的年產量約為3萬噸。這些染料中的很大一部分通常通過未經處理的廢水排放到水體中，這是一個相當大的污染源。染料造成的水污染一直是需要解決的主要環境問題，而磁性吸附劑似乎是解決該問題的有前途的替代品。在此，磁性活性炭通過一步法制備，經過適當表征，并用作吸附劑，用于去除亮藍色染料。

　　吸附是一種很有前途的技術，可以從廢水中去除有色污染物。吸附是有前途的，因為它具有適用于不同場景、易于實施、空間要求低、設計簡單、經濟可行性和高效率等優點。在吸附操作中，活性炭廣泛用于去除水溶液中的無機和有機污染物]。這種吸附劑具有高表面積、孔體積和豐富的表面官能團。同時，利用木質纖維素作為活性炭生產的前體材料是一種可行的替代方案，因為它成本低、可用性好且生態適宜。

　　磁性活性炭的特點

　　SEM圖像，放大倍數分別為5000倍和10000倍，分別如圖1a、b和圖1d、e所示。可以觀察到這兩種材料都有不規則的表面，存在粗糙度和一些顆粒，以及沿其表面的空腔。此外，活性炭具有更多的空腔，這是所生產的活性炭的表面形態之間觀察到的主要差異。這些空腔有利于在吸附過程中的應用，因為它們使亮藍分子能夠穿透吸附劑直至到達孔隙。這種空腔可以由KOH引起的分解形成。

　　圖1：(a,b)SEM圖像和(c)活性炭1的EDS光譜和(d,e)SEM圖像和(f)活性炭2的EDS光譜。

　　磁性活性炭表面的官能團

　　圖2顯示了活性炭1(圖2a)和活性炭2(圖2b)的FTIR光譜。可以觀察到兩種材料在3431、1625和1558cm-1處的譜帶。3431cm-1處的譜帶可歸因于活性炭表面作為官能團存在的醇、酚或羧基的O-H鍵的伸縮振動，也可歸因于吸附水的存在。1625cm-1處的譜帶可歸因于C=O鍵。在1558cm-1處，觀察到的譜帶可歸因于活性炭結構芳環的C=C伸縮振動。除此之外，在1034e-1028cm-1處可以分別觀察到兩種活性炭的的譜帶，這是由于醇、酚或羧基中羥基的C-O伸縮振動。

　　圖2：(a)活性炭1和(b)活性炭2的FTIR振動光譜。

　　亮藍染料吸附的動力學曲線

　　研究了初始吸附物濃度為50mgL-1和pH4的兩種活性炭的亮藍染料染料吸附動力學行為。作為時間函數的吸附容量曲線分別如圖3a、b所示，分別為活性炭1和2。可以觀察到活性炭2獲得的曲線的特征在于更快的吸附速率。活性炭2在大約10分鐘內達到平衡。對于活性炭1，在大約60分鐘內達到平衡。由于活性炭1呈現的較高總孔體積，可以解釋這種行為。高孔體積可以通過允許染料分子在孔內更快地擴散到吸附位點來增強吸附動力學。

　　圖3：亮藍染料吸附到(a)活性炭1和(b)活性炭2上的動力學曲線。

　　驗動力學數據適用于偽一級(PFO)和偽二級(PSO)模型。可以得出結論，PSO模型更適合代表兩種活性炭的亮藍染料吸附動力學。此外，活性炭2更快的動力學和更高的吸附能力，因為k2和q2對于這種吸附劑，對于活性炭1的相同參數，大約高出兩倍。為了進行比較，一些作者證明PSO模型更適合表示陰離子染料吸附的動力學數據。

　　活性炭對亮藍染料的吸附特性，從吸附研究中，觀察到活性炭之間的重要差異。活性炭2表現出更快的動力學并在大約10分鐘內達到平衡。另一方面，對于活性炭1，僅在60分鐘內達到平衡。對于這兩種吸附劑，偽二級模型很好地代表了動力學數據。關于吸附等溫線，Sips模型令人滿意地代表了數據。此外，活性炭2的最大吸附容量高于1。最后，新研發的活性炭有望用于處理含有亮藍染料的模擬廢水，去除效率分別達到93%和95%。這些結果表明，活性炭是一種很有前途的吸附劑，用于從水溶液中去除亮藍染料，效率高且易于磁分離。

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