活性炭國家專精特新“小巨人”企業活性炭產學研合作

　　如今對于含油廢水各種處理方法可分為五類：溶解空氣浮選，機械分離，化學，物理化學和生物學方法。這些技術可能對大規模或一定濃度的油污染效果不錯。但是仍然存在一些限制因素，如對環境的二次污染，高成本和涉及的復雜操作過程。吸附工藝在活性炭處理含油廢水中的應用是一種很有前途的替代處理方法。活性炭是廣泛使用的吸附劑材料，不僅能吸收有機染料，而且還可用于處理油污染。已經有人研究出使用簡易制備的碳泡沫從水溶液中除去乳化油，活性炭對柴油吸附脫硫的影響等。這些研究都證明了活性炭作為吸附劑去除有機污染物的巨大潛力。

　　我們這次對含油廢水處理活性炭材料的研究，采用活化劑浸漬并改性生物殼類材料制成活性炭，測試了從含油廢水中去除柴油的新潛在應用。并使用掃描電子顯微鏡研究了原材料和改性后活性炭的結構特征，和使用XRD和FTIR分析了所制備樣品的晶體結構和光學性質。最后測試了活性炭的吸附熱力學和吸附動力學作為廢水中有機污染物去除潛力的評價。

　　生物殼類材料制成的活性炭結構表征

　　原材料的的微觀結構顯示出纖維狀結構，并且其表面是不均勻的布置松動(圖1的a，b)。煅燒后原料的層狀多孔結構明顯。孔徑均勻且松散(圖1c，d)。經活化劑活化后，活性炭表面呈現剝落和分層結構，有許多凹陷，凹陷和裂縫，促進了表面積的增加(圖1e，f)。這可能是由于經過活化后的活性炭的表面。

　　圖1：(a，b)原材料的SEM圖像(c，d)炭化原材料(e，f)活化后的活性炭。

　　活性炭對含油廢水中吸附柴油的實驗

　　吸附劑用量的影響：采用炭化原材料和活化改性后的活性炭0.1~0.5g，固定pH值，初始柴油濃度，吸附溫度為7,100 mg/ L，30℃，研究了活性炭用量對柴油吸附的影響。觀察到當每種吸附劑的質量為0.2g(S/L比=1：1000)時，吸附劑達到吸附劑吸附的最高量的柴油(圖2a，b)。當吸附劑量高于該值時，柴油的去除率開始下降。隨著吸附劑質量的提高，柴油去除率的增加可歸因于吸附劑表面積的增加和可吸附吸附位點的數量。柴油去除率的降低可能是由于許多因素造成的，例如溶質的可用性，結合位點之間的干擾，靜電相互作用以及由于溶液中高活性炭濃度導致的混合減少。

　　圖2：吸附劑用量對柴油吸附的影響：(a)炭化原料(b)活性炭。

　　pH值的影響：吸附研究中最重要的因素之一是培養基pH的影響。根據吸附劑的用途，不同的物質表現出不同的pH范圍。pH值對活性炭平衡吸附柴油的影響如圖3所示。當吸附劑的pH值從2增加到10時，吸附劑用量，吸附劑溫度和接觸時間分別為0.2g，30℃和240秒。在酸性條件下，發現吸附容量隨pH增加而增加。當pH為7時，吸附容量達到最大值。當pH值繼續升高并且溶液系統變為堿性時，吸附容量下降。這些結果表明，堿性和酸性環境不適合生物炭的吸附過程，活性炭吸附柴油的最佳pH值為7。這種變化可通過溶液中質子數量的變化來解釋。和油乳液的穩定性。強烈的酸性導致油脂聚結，隨后增加油滴的大小。由于初始pH>7，由于酸性物質的存在，柴油的溶解度增加，這使得柴油難以吸附在活性炭上。隨著初始pH的增加，過量的羥基離子和柴油競爭溶液中的活性吸附位點。

　　圖3：溶液pH值對柴油吸附到活性炭的影響。

　　吸附等溫線：吸附等溫線對于描述溶質如何與吸附劑相互作用非常重要，并且對于優化吸附劑的使用至關重要。Langmuir等溫線假定單層吸附在含有均勻策略和吸附的有限數量的吸附位點的表面上，而在表面平面內沒有吸附物的遷移。圖4顯示了柴油在所制備活性炭上的平衡吸附等溫線。從圖中可以看出，與炭化原料相比，活性炭的吸附等溫線更接近直線。隨著柴油溶液濃度的增加，活性炭對柴油溶液的吸附能力不斷增加。當柴油濃度為500 mg/L時，活性炭達到最大吸附量。然而，當柴油溶液濃度達到400 mg/L時，炭化原料的吸附容量增加緩慢。可能是柴油顆粒覆蓋了材料的表面，導致吸附速率降低。從圖4中可以清楚地看出，活性炭的吸附能力明顯強于炭化原料。

　　圖4：柴油在活性炭上的吸附等溫線。

　　我們使用生物殼類材料經過幾道工序制成了活性炭，作為從含油廢水中去除柴油的有效果的吸附劑，具有很大的潛在應用。吸附實驗表明，吸附溫度，接觸時間，初始pH值和吸附劑用量對活性炭吸附柴油的性能影響很大。目前對吸附動力學的研究表明，具有介孔結構的活性炭具有較高的柴油吸附能力。是因為其高比表面積，優異的孔體積和具有官能團的獨特表面特征，例如羥基(-OH-)和羧基(-COO-)等。吸附等溫線實驗結果表明，所制備的活性炭的實際吸附過程被解釋為多層吸附。因此，擁有低成本和高效的活性炭是可能具有吸收水中的油污染物的巨大潛力。

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