活性炭國家專精特新“小巨人”企業活性炭產學研合作

　　本期介紹了氯化鈀絡合物離子在活性炭上的吸附過程。發現活性炭，隨溫度升高而增強吸附效果。所得結果表明，鈀絡合物可與存在于活性炭表面上的官能團反應。推導了熱力學參數，如平衡常數，熱量和吸附熵。活性炭吸附氯化鈀(II)絡合離子的化學吸附過程中，在活性炭的表面上形成二氯氧化鈀或二氯化鈀。

　　經過大量實例測試讓大家了解到活性炭能夠從水溶液中吸附重金屬。例如，從廢水中吸附活性炭去除鎘(II)，汞(II)，和鉛(II)離子，可以給。然而，即使它們在溶液中的濃度非常低，也可以以這種方式提取鉑，鈀，和金，等貴金屬。由此，可以從通常在再循環過程中產生的稀釋水溶液中回收那些金屬。活性炭吸附過程的機理取決于初始條件，例如溶液的pH，溫度和吸附的金屬離子的形式。在氰化物溶液的情況下，例如，鈀具有2+氧化態，其非常穩定并且可以容易地被活性炭吸附。很明顯，與氰化物配合物相比，Pd(II)氯化物配合物的穩定性較差。有幾篇報道表明，在活性炭的吸附過程中，鈀(II)被還原成金屬形式。因此，我們研究了這種還原反應可能的條件。這項工作的目的是研究和描述使用活性炭吸附作為吸附劑的Pd(II)離子回收條件，并找出這種活性炭是否也是Pd(II)絡合物的還原劑。

　　還應該提到的是，活性炭比離子交換劑便宜得多，并且由于這一事實，它對于回收過程可能更具吸引力。在研究過程中，研究了溫度和鈀(II)初始濃度的影響。為此目的，使用我們新開發的活性炭，這種活性炭可以做成顆粒的形式，使其更容易從溶液中分離出來。這類活性炭一般由椰子殼為原料生產的。此外，顆粒具有高機械強度和比較大的表面積。最后，由于制造過程中的化學處理(使用蒸汽和正磷酸活化)，這種活性炭具有顯著的官能團表面濃度(約18m mol·g-1)，可以起到還原劑或離子的作用。

　　圖1：氯化鈀復合離子初始濃度的初始濃度對活性炭吸附影響。實驗條件：pH1，Cl-=0.1mol·kg-1。

　　鈀初始濃度對活性炭吸附的影響

　　活性炭的吸附能力與其表面及其孔隙率有關，接下來，研究了氯化鈀離子的初始濃度對添加活性炭后溶液中的平衡濃度的影響。根據Lambert-Beer定律，在這些波長下溶液吸光度的降低與溶液中Pd(II)濃度的降低成正比。我們假設這種減少對應于吸附在活性炭表面上的鈀的量。根據計算的Pd(II)濃度隨時間的變化，推導出沉積過程的動力學曲線。注冊動力學曲線，[的PdCl 4 2對時間，示于圖1。可以觀察到溶液中PdCl 4 2-的濃度接近恒定值，該恒定值不等于零。在這種情況下，這一觀察是最重要的，因為它表明溶液和活性炭之間的氯化鈀(II)絡合物的平衡分布。在系統中存在這種平衡可以提供關于吸附過程的熱力學的信息。

　　圖2：吸附鈀(II)之前和之后的活性炭光譜，[PdCl 4 2-]0=5×10-4mol·kg-1，[C]=1.67g·dm-3，pH1，T=60℃。

　　X射線光電子能譜分析研究

　　吸附過程之前和之后材料的完整XPS光譜如圖2所示。考慮到觀察到的溶液中Pd(II)濃度的降低，估計鈀負載等于0.7%(m/m)。可以看出來自鈀的峰出現。對這個峰值進行更深入的分析可以為我們提供有關鈀電子結構的信息。

　　圖3：(A)活性炭的SEM分析，(B)選擇區域的放大率，(C和D)吸附氯化鈀(II)絡合離子后的EDS截面分析。

　　使用掃描顯微鏡，進行樣品分析。吸附試驗后的活性炭樣品在60℃下干燥。然后，將顆粒分成兩份，并使用砂紙(造粒1000)拋光所獲得的表面直至表面平坦。之后，進行EDS分析。加速電壓等于20kV。獲得的結果如圖3所示。

　　圖4：活性炭解吸過程的效率。

　　活性炭表面剝離鈀

　　在活性炭表面存在二氯化鈀的情況下，應該可以根據方程解吸它。因此，解吸試驗在室溫(20℃)進行，使用100厘米3鹽酸(濃度為1mol·kg-1)或100厘米3的高氯酸鹽酸(濃度1mol.kg-1)。必須提及的是，吸附實驗在pH等于1下進行，而汽提過程在pH等于0下進行。由鈀(II)負載的活性炭樣品取自先前的吸附實驗。通過過濾將預加載的活性炭與溶液分離，然后在60℃下干燥。接著，將干燥的預加載的活性炭與鹽酸溶液混合。解吸試驗進行約10個月。在前2天，觀察到溶液中鈀(II)濃度的快速增加，最終在12天后獲得恒定值。這些結果如圖4所示作為黑色方塊。為了確保這確實是最終的平衡，樣品在接下來的10個月內留在溶液中。在此時間之后獲得的值顯示為紅點。過量的鹽酸是顯著的，它應該足以溶解二氯化鈀。結果表明，平衡狀態不受時間影響，表明觀察到的狀態是最終狀態。似乎在該實驗期間，只有約50-65%的鈀(II)物質可以從活性炭表面洗脫。如上所述，施加過量的鹽酸。因此，一方面，不完全洗脫可以通過Pd2 OCl2的形成來解釋或活性炭表面上的另一種鈀(II)化合物。另一方面，它可能僅僅與出現與初始狀態不同的新平衡狀態有關。為了切斷推測，進行簡單的第二次解吸試驗，其中使用來自第一次解吸試驗的活性炭。實驗條件和程序與第一次解吸試驗期間的相同。觀察到鈀(II)的洗脫再次發生。在最初的24小時后，高達17%的剩余鈀(II)被解吸，而在2個月后，總解吸效率達到98.4%的水平。

　　我們的結果表明，在活性炭化學吸附氯化鈀(II)絡合離子的過程中，在活性炭的表面上形成二氯化二鈀或二氯化鈀，并且在活性炭表面上不存在金屬鈀。活性炭的容量取決于實驗條件，并且在20℃的溫度下可達到42mg·g-1的水平。在60℃的溫度下，該負荷隨溫度升高至67mg·g-1而略微增加。鈀吸附過程應在盡可能低的溫度下進行。

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