活性炭國(guó)家專(zhuān)精特新“小巨人”企業(yè)活性炭產(chǎn)學(xué)研合作

　　每年，在工業(yè)廢水排放中含有大量氰化物和重金屬，這些廢水來(lái)自合金，汽車(chē)制造，采礦處理，和金屬電鍍工業(yè)中。金屬表面處理和電鍍制造裝置是這些污染物的主要來(lái)源，這些污染物是水系統(tǒng)及其周?chē)�環(huán)境污染的主要原因。因此，必須控制這些廢水中重金屬(Cr，Ni和Zn)的存在，因?yàn)檫@些污染物即使在低濃度下也會(huì)因其高毒性而引起環(huán)境問(wèn)題。我們通過(guò)粉末狀活性炭吸附和用二乙基二硫代氨基甲酸鈉改性的活性炭吸附同時(shí)去除重金屬如Cr，Ni和Zn，下面是我們的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

　　活性炭改性思路：具有大疏水基團(tuán)的二硫代氨基甲酸酯分子強(qiáng)烈地吸附重金屬到表面并且可以改變金屬吸附劑的特性以獲得更有利的吸附條件。在二硫代氨基甲酸酯衍生物中，在活性炭中使用二乙基二硫代氨基甲酸鈉(銅試劑)。活性炭由于銅試劑的附著，重金屬(Cu，Zn)與活性炭表面之間的親和力得到改善。SDDC也被用作多壁碳納米管中的螯合劑作為固相萃取的吸附劑，然后在高效液相色譜中測(cè)量水樣中的Ni，鈷(Co)和汞(Hg)離子。

　　使用銅試劑進(jìn)行活性炭修改

　　使用干燥的活性炭12克用250mL的在5.30 mmol/L的銅試劑溶液中，條件在50℃下在200rpm的持續(xù)攪拌。在該處理之后，將混合物通過(guò)0.45-μm膜濾器過(guò)濾以分離吸附劑，然后用蒸餾水洗滌。然后將銅試劑改性的活性炭在100℃下烘箱干燥12小時(shí)。兩種吸附劑在使用前在100℃下干燥8小時(shí)。

　　吸附實(shí)驗(yàn)

　　為了檢驗(yàn)時(shí)間和初始pH對(duì)重金屬吸附的影響，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室規(guī)模和批量吸附實(shí)驗(yàn)。通過(guò)添加儲(chǔ)備溶液，在蒸餾水樣品中將每種金屬(Cr，Ni和Zn)的初始濃度設(shè)定為50mg/L。將pH為5至11的含有30g/L的活性炭和改性活性炭注入人造重金屬?gòu)U水樣品中。注射后，在反應(yīng)過(guò)程中以50rpm的恒定速度攪拌樣品。在實(shí)驗(yàn)的最后一步，從燒瓶中收集樣品并進(jìn)行分析。

　　活性炭和改性活性炭的表征

　　首先，檢查每種吸附劑的物理化學(xué)特性。圖1顯示了制備的吸附劑的SEM圖像和EDS圖案。雖然僅活性炭吸附劑的表面僅由碳組成，而改性活性炭由碳和各種無(wú)機(jī)元素組成(圖1)。在用銅試劑修飾后，銅試劑化合物中的硫存在于改性活性炭表面上。該結(jié)果意味著銅試劑成功地吸附到活性炭表面。

　　圖1：(a)活性炭和(b)改性活性炭的SEM圖像和EDS圖案。

　　吸附動(dòng)力學(xué)

　　測(cè)量了活性炭和改性活性炭競(jìng)爭(zhēng)性金屬去除動(dòng)力學(xué)中的時(shí)間效應(yīng)。圖2顯示了使用活性炭和改性活性炭對(duì)時(shí)間對(duì)重金屬吸附的影響�；钚蕴可现亟饘傥�附的最佳時(shí)間為8小時(shí)，改性活性炭的最佳時(shí)間增加至約12小時(shí)(圖2)。此外，活性炭對(duì)Zn的吸附率最高，其次是Cr，然后是Ni。相反，改性活性炭對(duì)Cr的吸附率最高，其次是Zn，然后是Ni(圖3)。重金屬吸附競(jìng)爭(zhēng)序列是可變的，但統(tǒng)計(jì)學(xué)上最常見(jiàn)的序列是Cr，其次是Zn，然后是Ni。在這項(xiàng)研究中，活性炭沒(méi)有遵循這一規(guī)則而改性活性炭確實(shí)如此。這種現(xiàn)象沒(méi)有明確的理由，需要進(jìn)一步研究。

　　圖2：使用(a)活性炭和(b)改性活性炭對(duì)重金屬的吸附去除的影響。

　　初始pH值對(duì)吸附的影響

　　為了檢驗(yàn)初始pH對(duì)吸附的影響，在不同的pH條件下進(jìn)行吸附實(shí)驗(yàn)。圖3顯示了初始pH對(duì)重金屬吸附的影響。隨著pH的增加，當(dāng)使用活性炭時(shí)，Ni和Zn的吸附去除率略有增加，而Cr去除率顯著下降(圖3(a))。在酸性pH條件下H+離子的濃度和遷移率越高，由于金屬和H+離子之間的競(jìng)爭(zhēng)性吸附，導(dǎo)致Ni和Zn的吸附減少。當(dāng)pH低于pH pzc時(shí)，活性炭的表面可主要被H+離子覆蓋。由于這個(gè)原因，活性炭表面上有限的可用結(jié)合位點(diǎn)，金屬陽(yáng)離子(Ni和Zn)的吸附在較低的pH值下會(huì)降低。然而，當(dāng)pH增加時(shí)，金屬和H+離子之間的競(jìng)爭(zhēng)會(huì)降低，因此Ni和Zn的吸附會(huì)增加。

　　圖3：初始pH對(duì)Cr，Ni和Zn的吸附去除的影響使用。

　　通過(guò)檢測(cè)時(shí)間，吸附劑用量和初始pH對(duì)每種吸附劑的吸附動(dòng)力學(xué)的影響，研究了使用活性炭和銅試劑改進(jìn)的活性炭去除Cr，Ni和Zn金屬。通過(guò)SEM，EDS和物理化學(xué)測(cè)量確認(rèn)活性炭的改性。增加時(shí)間可增強(qiáng)重金屬的吸附。兩種吸附反應(yīng)均遵循假二級(jí)反應(yīng)。隨著吸附劑用量的增加，去除效率提高。使用活性炭去除重金屬遵循Cr>Ni>Zn的降序，對(duì)于改性活性炭，去除結(jié)果按Cr>Zn>Ni的順序排列。活性炭顯示在酸性和中性pH下有效去除Cr，Ni和Zn，改性活性炭在堿性pH條件下特別有效。我們的結(jié)果表明，改性活性炭可用于去除這些堿性金屬電鍍廢水，特別是含Cr廢水。

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