活性炭國家專精特新“小巨人”企業活性炭產學研合作

　　自然環境水中的高氮化合物是工業和農業生產造成的水生態問題。因此，必須考慮在環境中消除或減少氮化合物。活性炭吸附是去除有機和無機污染物的一種較好的方法，所以這期我們使用活性炭和幾種化學改性后的活性炭以從水溶液中除去氨氮，以測試幾種活性炭的性能。

　　現在，工業和農業生產的增加導致各種有機和無機污染物釋放到環境中并釋放到水中。氨氮是其中影響比較大的污染物之一。其中鋼鐵廠，肥料生產，精煉廠，食品生產工廠和玻璃工業大約每年釋放4500萬噸的氨氮到自然水中。因此，有必要考慮在自然環境中處理或降低氨氮的含量。傳統的廢水處理不能提供氮化合物所需的排放標準質量，并且當大量廢水釋放到水中時會引起嚴重的問題。所以開發新的處理方法很重要，我們使用不同的化學試劑(包括酸性H2 SO4)測試了活性炭和改性活性炭對氨氮吸附的性能，為以后的廢水處理做參考。

　　實驗方法

　　活性炭的制備：首先，稱取5g粉狀活性炭，并向該溶液中加入69mL H2 SO4和1.5g NaNO 3。然后，將9g KMnO 4緩慢加入溶液中，達到500cc的體積。在該步驟中將溫度保持在20℃以下。然后，將溶液加熱至35℃并在振蕩器上磁力攪拌7小時。將溶液冷卻至室溫。此外，400毫升冰和3毫升過氧化氫(30%)加入到制備的溶液中。在(4000rpm和4小時)的條件下離心本溶液。最后，緩慢地從溶液中取出上清液。剩余的固體用200mL蒸餾水，鹽酸(0.30)和200mL乙醇洗滌。之后，將樣品干燥并將制備的溶液過篩(80目)。所有階段，包括取樣，儲存和實驗都是根據水和廢水檢測的標準方法進行的。

　　測試方法：在該研究中，分析不同的(pH：3,6,9)以確定兩種吸附劑的最佳pH。檢測吸附劑用量(1.5g)，恒定濃度的氨氮(l50mg L-1)和接觸時間(5,10,20,30,60,90和120min)以確定改性活性炭去除氨氮的接觸效果(時間和pH值)。在下一步中，在不同劑量的活性炭(0.5-1.5g)下分析吸附劑劑量的影響，以除去氨氮的初始濃度(150mg L-1)。考慮到氨氮揮發物的量為NH 3在堿性pH下。因此，為了實現純吸附量，通過不同濃度(50,100和200mg L-1)和pH：9分析對照樣品，以從吸附物量測量揮發性氨的量。

　　動力學反應的測定：為了確定反應動力學，在不同接觸時間(2-120分鐘)用恒定變量(pH：9和吸附劑劑量1.5g)進行實驗。將得到的結果擬合為偽一級，偽二級和粒子穿透動力學模型。使用不同的改性和未改性的活性炭測定和分析吸附劑上吸附質組分的恒定速率。

　　實驗結果

　　FTIR分析：FTIR分析確定了活性炭和改性活性炭上活性官能團的特征，如圖1所示。

　　SEM分析：SEM圖像用于觀察吸附劑的表面物理形態，放大倍數為600,1500和3000圖2顯示了活性炭和改性活性炭的SEM圖像。

　　pH值ZPC的測定：活性炭和改性活性炭的pH ZPC分別為6和5.6。pH ZPC的結果如圖3所示。

　　接觸時間對去除率的影響：接觸時間對活性炭和改性活性炭的氨氮去除率的影響如圖4所示。結果表明，在不同氨濃度下，通過增加接觸時間2-120分鐘，去除率增加。在接觸時間的最初60分鐘，分別通過改性和未改性的吸附劑除去超過0.80和0.50%的氨氮。

　　活性炭改性后吸附劑表面孔隙數量出現明顯變化。隨著吸附劑用量的增加和吸附質濃度的降低，氨氮的去除量增加。氨在pH為3-9的期間去除率增加。與活性炭相比，改性活性炭的去除率更令人滿意。而且，與活性炭相比，改性活性炭顯示出更高的吸附容量。兩種吸附劑的氨去除率隨溶液pH值的增加而增加。它與吸附劑表面有關，其在高于pH zpc的pH下具有負電荷氨分類為陽離子化合物，在吸收劑和目標污染物之間產生靜電吸引力，結果，去除率增加。pH值比pH zpc小的pH值導致吸附劑表面的正電荷增加，從而在吸附劑和陽離子污染物之間產生排斥力，從而導致氨去除率降低。

　　結果表明活性炭和改性活性炭在堿性pH下的去除率更高，吸附反應達到120 min。隨著氨氮的初始濃度和吸收劑劑量的增加，去除率增加。結果證實，改性活性炭由于其高吸附能力，可以用作水和廢水中氨氮處理的合適吸附劑。

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