活性炭國家專精特新“小巨人”企業活性炭產學研合作

　　水中的重金屬污染一直是危害水資源的潛在問題，涉及的重金屬之一是鎘，如何使用低成本的方法來解決鎘造成的污染問題。我們使用一種農業固體廢物副產品，并且是一種可以大量可獲得的易種植物可用來制造活性炭。制成的活性炭用于從水溶液中螯合鎘的去除。

　　重金屬污染來自電子，金屬冶煉和汽車行業。鎘(Cd)是一種因其高毒性而被鑒定的金屬。在配件，水冷卻器，熱水器和水龍頭中鍍鋅管或含Cd焊料的鋅中存在Cd作為雜質會導致飲用水污染。使用活性炭吸附是解決這一問題的方法之一。然而，生產活性炭的高成本是一個限制因素。通常活性炭的性質仍然不足以確保從廢水中有效地吸收重金屬。因此，需要采用活性炭的化學活化來進一步提高水處理的效果。磷酸，硫酸，氯化鋅，氫氧化鈉和氫氧化鉀是通常用于化學活化的脫水劑。也有使用納米技術開發納米顆粒或其他產品作為去除鎘的有效吸附劑。

　　活性炭是去除污染物的特殊吸附劑，尤其是重金屬和廢水中的染料。已經進行了各種研究，旨在降低活性炭生產的成本而不犧牲材料從廢水中去除重金屬的效率。低成本吸附劑是一種非常受歡迎的材料，在重金屬和染料等污染物的吸附方面備受關注。因此制造的低成本活性炭，已經通過化學方法處理以獲得較高可能的吸附能力。

　　活性炭樣品的制造過程

　　使用熱解器進行碳化以產生大量的木炭。通過化學過程活化碳化的植物生物質顆粒，其中碳化的樣品用NaOH浸漬，NaOH：碳化樣品比例為3：1,2：1和1：1。在垂直不銹鋼反應器中，在連續磁力攪拌下，將約10g碳化樣品與30g NaOH在100mL蒸餾水中均化，并在105℃的烘箱中干燥24小時。加熱24小時后，將樣品置于馬弗爐中進行活化處理。在該過程中，將樣品在800cm3的氮氣流下以150cm3/min加熱90分鐘制成所需要的活性炭。

　　圖1顯示了原料和活性炭之間的活性炭的150x(a)和550x(b)放大的SEM照片。從圖1中可以看出，原料樣品在活性炭樣品之間有一些微小的孔。從原料獲得的活性炭的SEM圖像(圖1(c，d))表明活性炭具有比原料樣品更大量的微小孔和大孔，這可以通過層間距中孔的出現來解釋。通過加熱激活過程中的活性炭。

　　批量吸附研究

　　將約0.5g制備的活性炭與100ml鎘水溶液在錐形瓶內混合，使用溫度控制的水浴振蕩器連續搖動預定的時間。用濾紙過濾混合物，以將處理過的鎘溶液與吸附劑分離。通過電感耦合等離子體發射光譜法ICP-OES測定金屬離子濃度。所有實驗一式三份進行以減少錯誤。

　　接觸時間對鎘吸附的影響

　　研究了接觸時間，初始濃度，pH值和溫度對活性炭去除鎘的影響。圖2顯示了在800℃的活化溫度下去除鎘的NaOH：活性炭比例為1：1與2：1和3：1，在10分鐘和160分鐘之間的不同接觸時間與初始Cd 2+濃度為30毫克/升。在溶液的pH7.0下使用約0.5g/L的吸附劑劑量。在處理40分鐘內建立吸附平衡。在接觸時間160分鐘時，對于NaOH：活性炭比例分別為1：1,2：1和3：1，活性炭的吸附量分別為99.86%，99.82%和99.97%。用于化學活化的NaOH：活性炭的比例越高，鎘去除的吸附效率越高，這是通過BET表面積分析中由較高NaOH：活性炭比獲得的較大表面積反映的。在系統達到平衡的較大點之外，沒有記錄從溶液中去除溶質量的顯著增加。

　　活性炭的吸附等溫線

　　圖3顯示了樣品NaOH的Cd(II)離子吸附的Langmuir等溫線的1/q e對1/C e圖中：活性炭比例為3：1(a)，2：1(b)和1：1(C)。NaOH：活性炭比為1：1的相關系數值分別在30℃，40℃和50℃下為0.9671,0.9542和0.9655。NaOH：活性炭比例為2：1和3：1顯示相同的高相關系數值，記錄的較低值為0.9542。高R2值表明吸附過程遵循Langmuir等溫線，這表明單層類型的吸附。

　　在本研究中使用NaOH：活性炭比例1：1,2：1和3：1使用化學活化制備具有不同特征的三種活性炭。每批活性炭在分批吸附研究中表現出不同的吸附百分考慮到接觸時間對Cd 2+去除的影響，觀察到較高吸附百分比為3：1。在初始Cd 2+下，在40分鐘內達到吸附平衡濃度為30毫克/升。濃度，pH和溫度也使NaOH：活性炭比例為3：1的吸附率較高。初始濃度越高，吸附性能越低。等溫研究表明，吸附過程符合Langmuir等溫線，這表明發生了單層吸附。基于目前的結果可以得出結論，從NaOH：活性炭比例為3：1的生物質制成的活性炭很適用于從污染水中去除鎘的吸附劑。

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