活性炭國家專精特新“小巨人”企業活性炭產學研合作

　　活性炭微波處理對廢水脫色的關系，棕櫚油廠廢水含有危害環境的有色化合物，由于其芳香結構而難以分離。不過在較低pH(<4)環境下使用吸附法來進行顏色處理是有效的，但由于吸附后的廢水還是含有酸性有害物質任會對環境造成污染。因此我們使用氮氣來增強椰殼活性炭在中性pH環境下的脫色能力，并且使用微波加熱來活化活性炭。本期內容為測試微波處理的活性炭與未經過處理的活性炭對廢水中的有色化合物的吸附效果。

　　活性炭微波處理

　　椰殼活性炭用蒸餾水反復洗滌以除去所有雜質。洗滌過程直到溶液為中性pH，然后將活性炭在110℃下烘箱干燥12小時。接著，在微波反應器中設置到900℃。再將約30g經清潔和干燥的活性炭置于反應器的石英不銹鋼容器中，同時以200cm 3/min穩定流動的氮氣活化10分鐘。將微波處理的活性炭在干燥器內冷卻至室溫，然后小心地裝入密封瓶中進行下一步研究。

　　預處理的活性炭和未預處理活性炭的表征方法

　　使用SEM，EDX表征微波處理和未預處理的活性炭。進行SEM測試以在3000×放大率下檢查活性炭的表面形態。EDX測試檢查了預處理的活性炭和未預處理活性炭的元素組成。使用自動氣體吸附系統，基于氮氣吸附等溫線測量兩種活性炭的BET表面積和孔體積。

　　微波處理對活性炭形態學的影響

　　未經預處理和微波處理的活性炭在3000倍放大倍數下的獨特SEM照片分別示于圖1a，b中。基于圖1a，在3000×放大率下觀察到具有較少裂縫的平坦表面形態。表面裂紋和孔隙形成是吸附劑非常重要的物理特性。但是，圖1b中注意到了不同的情況。從這個圖中，在表面上觀察到幾個裂縫，并且可以推測形態的改變可能是由于微波處理。根據先前的研究，具有足夠粒狀表面的活性炭的特征在于更大范圍的孔尺寸，更多活性位點的可用性和更大的BET表面積。這些特點加快了吸附效果，并且還提高了吸附劑的吸附容量。由于有更多的孔隙和活性位點，會在吸附處理開始時出現快速吸附的現象。這個快速吸附的過程可能導致器材測試出模糊的外觀。

　　圖1：在3000×放大倍數下的SEM照片：(a)未經預處理的活性炭，(b)微波處理的活性炭。

　　BET分析

　　圖2a、b顯示孔體積的增量分布(P v)分別相對于未經預處理和經微波處理的活性炭的孔寬度。如圖中所指出的，在微波加熱處理之后注意到孔體積的顯著增加。圖的縱軸上的指示標記“A”表示未經預處理和預處理的活性炭個的比較P v，并且幅度分別0.030cm 3/g和0.056cm 3/g。

　　圖2.：(a)未經預處理的活性炭(b)微波處理的活性炭增加孔體積與孔寬度的關系。

　　使用微波處理的活性炭進行吸附實驗

　　實驗過程中發現，活性炭在較低的pH環境對顏色吸附效果得到大幅度增強。盡管如此，排放處理的酸性廢水的影響可能直接阻礙水生棲息地。鑒于此，使用預處理的活性炭吸附研究在6至7的可接受的pH范圍內進行。考慮的另外兩個因素是劑量和接觸時間，并且它們分別保持在3.208g和35min。從圖3中可以看出可以觀察到，顏色去除的百分比隨著pH的降低而增加。在pH6時獲得最高的顏色去除率98.46%，但隨著pH增加到7，顏色去除率降低到95.69%。

　　圖3：活性炭在固定劑量和接觸時間下，在不同pH下從棕櫚油廠廢水中去除顏色。

　　使用微波處理的活性炭，從棕櫚油廠廢水脫色的實驗中。活性炭的SEM分析表明，在預處理后產生了更多的裂縫和多孔結構。轉化是由于微波加熱導致前體發生結構變化。這證明了裂縫的形成以及碳組分從95.03增加到98.93%(EDX分析)。微波加熱處理在BET和P v的增加方面表現出優異的效果。除了86.67%的P v增量外，還實現了超過66%的SBET增加。此外，使用RSM檢查預處理的活性炭從棕櫚油廠廢水脫色的性能。發現，隨著pH值的降低，顏色去除率增加。類似地，活性炭的增加提供了更多的活性位點，這有利于廢水中顏色的去除。確定最佳處理條件為pH值為7，接觸時間為35 min，平均色度去除率為96.29%。因此，證實微波加熱能增強活性炭吸附劑的形態，并且加強活性炭對廢水脫色的效果。

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