活性炭國家專精特新“小巨人”企業活性炭產學研合作

　　苯二酚是已在各行業的流出物中發現的有害代謝產物(苯酚類有機化合物)。它是有毒的二羥基苯對環境產生危害，能殘留在自然水中這威脅到了動植物和人類。為了吸附去除氫醌，我們合成了鐵浸漬的活性炭材料。本期研究我們使用活性炭吸附劑對氫醌的催化氧化過程。在分批量吸附研究，象初始苯二酚濃度的工藝參數的效果進行了研究。

　　活性炭的制備

　　鐵浸漬活性炭的制備方法：顆粒活性炭在1-5毫米大小范圍進行篩分，并保持在馬弗爐中在300℃下除去水分4小時。將顆粒活性炭放入含量10%的鐵溶液中浸漬2小時。混合物在60℃下進行12個小時的烘箱中干燥并在200℃馬弗爐內部加熱4小時獲得固體樣品。

　　苯二酚吸附和催化氧化的機理

　　活性炭吸附苯二酚吸附通過π-π相互作用組合發生，氫鍵合性和供體-受體相互作用。羥基，有助于提高芳族環的π給體強度，因為它是供電子性官能團。因此，在苯二酚兩個-OH有助于增加苯二酚吸附親和力的活性炭表面。活性炭對苯二酚的吸附，是由于通過將活性官能團的苯二酚和鐵的氧化物之間以及電-化學相互作用，如羧基和羥基基團存在于鐵基活性炭。

　　活性炭，鐵浸漬活性炭的SEM圖像苯二酚的吸附后苯二酚和鐵浸漬活性炭氧化后示于圖1。它可以以相比于上活性炭所述的鐵浸漬活性炭具有較少孔數的SEM圖像可以看出。這也可以看出，鐵活性炭的表面氧化后得到粗糙，而它成為總部的吸附后平滑。

　　苯二酚，鐵浸漬活性炭的紅外光譜之前和苯二酚吸附后在示圖1。活性炭的譜圖1(a)示出了在≈3,420cm-1的峰值代表鍵合至氫和在自由狀態下的OH基團的存在。活性炭的光譜也在1600厘米顯示寬峰-1確認因為醛和酮的CO基的伸縮振動和由于鍵合到共軛烴羰基。

　　吸附苯二酚的活性炭FTIR光譜顯示出與在峰位置和強度較小改變可比光譜。圖1(b)中示出了FTIR光譜的東西：純苯二酚(ⅰ)，(ii)用于鐵浸漬活性炭攪拌后獲得用H 2 O 2和(iii)用于活性炭苯二酚氧化與后獲得H 2 O 2。然而，用苯二酚氧化后獲得的活性炭的FTIR光譜示出的大多數峰的透射率已經降低，并用氫攪拌后，該光譜具有很多與OH峰的以活性炭FTIR光譜相似性的獲得。似乎不僅在通過OH自由基的形成的氧化苯二酚幫助，而且它增加了OH基團上的鐵浸漬活性炭。這些團體進一步吸引苯二酚降解產物在活性炭，其中一些會被吸附在活性炭中。

　　圖1：(a)苯二酚的FTIR，鐵浸漬活性炭之前和苯二酚吸附后，(b)氫醌活性炭的氧化后。

　　各種類型如羥基(HO•)和過氧羥基(HOO•)自由基的從而起到在苯二酚的氧化重要作用是由各種鐵化合價的氧化-還原反應生成的鐵(Fe(III)/Fe的(II))存在于的鐵浸漬活性炭催化劑在過氧化氫的存在下進行。氧化反應得到由形成絡合物開始Fe(III)的-OH基團。代在表示這些基團的機制圖2(a)中。這些自由基氧化苯二酚(ⅰ)吸附在催化劑，(ⅱ)存在于催化劑的附近和(iii)在本體溶液中。的苯二酚氧化機理示于圖2(b)中。苯二酚在其氧化形式各種中間體取決于氧化的階段。它形成的中間體，在此期間被氧化成羧酸，如馬來酸，草酸，丙烯酸，琥珀酸，丙二酸，乙酸和氧化的后面酸氧化的初期階段，例如苯醌和CO 2和H 2 O的充分氧化。

　　圖2：(a)中羥自由基產生機構，(b)中的氫醌降解的提出的反應機理。

　　吸附和催化氧化法處理的比較

　　最后，去除苯二酚通過催化氧化和活性炭的吸附比較可以做到的。使用催化氧化過程中，約84.5%的最大去除效率。相比，吸附總體催化氧化似乎更好。在催化氧化方法中，使用活性炭的量少相比吸附如，但是，它需要用于啟動氧化反應。此外，在催化氧化技術需要的初始pH接近中性的pH和天然pH，從而它可以在不調節pH值因此不需要用于初始pH調節酸來完成。催化氧化需要將需要一些能量于溶液的加熱將要發生的更高的溫度，用于通過催化氧化法處理所需要的時間也比一半的由吸附所要求更小。考慮到總部，而它僅會從溶液中分離出來，并在吸附過程中，這將需要花費活性炭的進一步處理得到的鐵活性炭吸附在催化氧化過程降解的事實，整體催化氧化似乎是用于處理苯二酚軸承廢水的更好的技術。再次，用鐵浸漬活性炭的礦化是從水溶液苯二酚去除更好方法。這項研究表明，具有穩定的載體如活性炭金屬浸漬的吸附劑可以被用作催化劑用于廢水的催化氧化。然而，更多的研究需要在氧化過程中產業規模的發展。

　　我們進行了關于使用的鐵浸漬活性炭作為用于苯二酚的催化氧化的吸附劑和催化劑進行了比較研究。吸附研究表明，吸附是在低pH有利和最佳值被發現是通過吸附苯二酚的去除效率。吸附動力學是由偽二級動力學模型來表示。通過田口的實驗設計和方差分析催化氧化研究表明，pH值是63.47%。在實驗氧化研究中使用的田口實驗設計方法。研究表明，H 2 O 2不僅有助于在由OH自由基的形成的苯二酚氧化，而且它增加OH基團上的活性炭氧化過程中，其進一步吸引苯二酚降解產物到的鐵浸漬活性炭。這兩個過程的整體比較表明，鐵基活性炭性能作為催化劑更好，該催化氧化過程被認為是用于處理的苯二酚軸承廢水更好。

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