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

　　鉛是水污染中比較常見的問題，因此，當(dāng)鉛含量減少時才能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)排放。活性炭擁有的高容量是除去或降低鉛濃度的常用材料。本次我們研究使用鉛離子作為模型吸附物制備的基于聚吡咯的活性炭的吸附性能。研究了各種參數(shù)包括吸附物初始濃度，pH值和吸附劑劑量對吸附效率的影響。

　　用聚吡咯制成的活性炭

　　聚吡咯粉末和聚吡咯類復(fù)合材料不同的材料構(gòu)成，如碳納米管，殼聚糖，和膨潤土等。近期被用于從水溶液中去除重金屬離子的。制成活性炭的步驟：將吡咯加入到HCl中并在0-5℃下攪拌30分鐘。將過硫酸銨溶解在30mL去離子水中，在0-5℃下攪拌30分鐘，并在0-5℃攪拌的同時滴加到單體溶液中。過濾得到的固體產(chǎn)物，用蒸餾水和甲醇洗滌，并在減壓下干燥48小時。在活化劑的存在下，聚吡咯的炭化在密閉爐中氮氣下進(jìn)行得到的活性炭用水洗至中性。

　　合成活性炭的表面形態(tài)

　　使用SEM，TEM，TGA和XRD分析活性炭的表面形態(tài)，熱性質(zhì)和結(jié)晶度。用作活性炭前體的圖像(圖1a，c)顯示其典型的形態(tài)為花椰菜樣結(jié)構(gòu)，這種形態(tài)似乎是由于與其中摻雜地嵌入無序聚合鏈形成的。然而，聚吡咯的球形結(jié)構(gòu)通過碳化過程被破壞，導(dǎo)致粗糙，粗糙的表面由不規(guī)則的尖角和剝離狀顆粒組成，在SEM圖像中幾乎沒有孔隙的跡象。活性炭聚吡咯的TEM圖像如圖1d所示表示觀察到均勻分布的微孔。此外，TEM圖像描繪了高度豐富和對稱的孔隙，表面積和微孔率的值對應(yīng)于該活性炭。發(fā)現(xiàn)隨著活化劑用量的增加，表面積增加，孔隙率增加。

　　圖1：活性炭和聚吡咯的掃描電子顯微鏡和透射電子顯微鏡。

　　活性炭在水中對鉛的吸附研究

　　接觸時間和吸附動力學(xué)的影響：圖2顯示了接觸時間和鉛離子濃度對活性炭吸附百分比和容量的影響。在該圖中，可以看出潛力值吸附在吸附的第一階段是快速的，然后隨時間緩慢增加，在120分鐘后變得幾乎恒定。這種現(xiàn)象可以歸因于在吸附器的第一級空置吸附位點，隨后通過增加排斥力高可用性由于吸附的離子的存在下，使剩余的位點更難以接入。觀察到隨著初始濃度的增加，離子去除百分比略微降低。這種行為可歸因于每單位質(zhì)量活性炭存在更高濃度的吸附物，這可能限制吸附。

　　圖2：在三種不同濃度下，活性炭對鉛離子的吸附百分比與時間的關(guān)系。

　　pH值的影響：重金屬的吸附受溶液pH的顯著影響，因為它決定了吸附劑的性質(zhì)，如表面電荷，以及吸附物的形態(tài)和水溶液中的電離程度。在各種pH值下進(jìn)行吸附研究，圖3總結(jié)了活性炭在pH變化中的吸附數(shù)據(jù)。由于活性炭的表面是負(fù)的，因此預(yù)期與金屬離子的靜電相互作用。在較低的pH下，鉛離子的吸附由于質(zhì)子和鉛離子之間的競爭，可用的吸附位點很低。隨著pH的增加，質(zhì)子化活性位點較少，留下更多帶負(fù)電荷的活性位點，可與靜電相互作用并因此吸附帶正電荷的鉛離子。pH>5時吸附的輕微下降可歸因于可溶性羥基絡(luò)合物的形成，另外在pH>7時，氫氧化鉛開始從溶液中沉淀出來，使吸附研究成為不可能。

　　圖3：pH對活性炭的吸附容量和鉛去除百分比影響。

　　吸附劑用量的影響：圖4顯示了吸附劑用量對鉛的吸附能力的影響。顯然，通過增加吸附劑的劑量，吸附容量降低并且吸附百分比增加。可能是由于這樣的事實，所有的活性位點，在較低劑量下完全暴露出來，而僅活性位點的一小部分在較高劑量下暴露。因此，較高的吸附劑用量可能導(dǎo)致聚合，這降低了吸附劑的總表面積，從而導(dǎo)致降低的吸附能力。

　　圖4：吸附劑用量對活性炭吸附鉛的影響。

　　為了進(jìn)一步理解制備的基于聚吡咯的活性炭的特性，將得到的SEM，TEM，TGA和XRD數(shù)據(jù)與聚吡咯底物的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。活性炭有聚吡咯制成為無定形細(xì)粉，擁有良好的表面性質(zhì)和高表面積和孔隙率，可用作去除金屬污染物的吸附材料。根據(jù)吸附研究表明，這種活性炭可以從水溶液中去除鉛離子。發(fā)現(xiàn)在pH5.5條件下4小時內(nèi)可達(dá)到吸附平衡。在平衡時的吸附容量與溶液的濃度和pH值以及活性炭用量對其影響很大。

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